论文部分内容阅读
高重复频率脉冲具有脉冲间隔短（<1 ns）、纵模间距大（>1 GHz）等特性,使其在大容量光通信网络、高信噪比生物光学成像、高精度材料加工、精密光谱学、光任意波形发生器等领域具有广泛应用前景,因此如何获得高重复频率激光脉冲源成为脉冲激光研究领域的一大热点。高重复频率被动锁模光纤激光器因结构紧凑性、与光纤系统兼容、输出脉冲稳定等优势而备受关注。本文围绕1.0μm波段全光纤结构的高重复频率的被动锁模光纤激光产生与脉冲性能提升而展开研究,其中关于光纤激光器的研究包括全正色散高重复频率被动锁模光纤谐振腔中脉冲形成过程的动力学分析,以及全光纤化的高重频被动锁模激光谐振腔的构建;输出脉冲性能提升包括非线性光脉冲放大系统、光子晶体光纤中的光谱展宽以及输出脉冲重复频率同步三个方面的研究。取得的成果如下:（1）结合增益光纤的稳态速率方程以及脉冲传输主方程建立了全正色散高重复频率被动锁模激光谐振腔的数值模型。通过模拟结果中的时域及频域演变分析,揭示了增益光纤的增益滤波效应在超短光纤激光腔中形成稳定锁模脉冲的关键作用。在实验方面,利用研究组自主研制的高掺Yb3+磷酸盐光纤构建了多个基频重复频率为GHz量级的被动锁模激光谐振腔,并分析了减短激光谐振腔腔长对输出脉冲特性的影响。其中使用7.8 mm长的增益光纤,实现了输出脉冲基频重复频率高达12.5 GHz的锁模脉冲序列,是目前该波段被动锁模光纤激光器的最高重频。（2）以增益光纤的稳态速率方程以及脉冲传输主方程为基础建立非线性光脉冲放大器的数值模型,以放大脉冲经压缩处理之后能获得最窄脉宽以及最小脉冲的底座占比为依据,分析了入射脉冲的中心波长、增益光纤长度以及泵浦功率对放大后去啁啾脉冲的影响。根据数值模拟结果,以基频重复频率为1.27 GHz的全光纤锁模激光器为种子源,搭建了光光转换效率为35.7%,输出脉冲的单脉冲能量为7 nJ的非线性脉冲放大器,输出脉冲经压缩后获得的最窄脉宽为184 fs。以该放大脉冲作为激光泵浦源,在光子晶体光纤中获得了纵模间距为1.27 GHz,光谱宽度超过一个光学倍频程的光学超连续谱。（3）利用锁相环技术,将1.27 GHz的基频重复频率信号与高稳微波信号进行相位同步,在全光纤结构的高重复频率被动锁模光纤激光器中实现了重复频率稳定的脉冲序列输出。脉冲重复频率稳定之后,实现了相位噪声压缩因子超过300的相位噪声抑制;1 s平均时间对应的阿伦方差为5 mHz,对应的相对阿伦方差为3.9×10-12。