基于等效可饱和吸收体锁模掺镱光纤激光器的研究

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1μm波段的超快激光在激光测距、相干通信、大气雷达探测、图像处理等方面的科研应用有着巨大潜力,现阶段对超快光学的研究主要体现在被动锁模技术。被动锁模器件和技术主要包括非线性光学环形镜(NOLM,Nonlinear Optical Loop Mirror)、非线性放大环形境(NALM,Nonlinear Amplifying Loop Mirror)以及非线性偏振旋转(NPR,Nonlinear Polarization Rotation)等技术。因此,探究不同光学器件组合对锁模脉冲的产生以及其他光学特性(光谱、重频、脉宽等)的影响变得十分迫切,这对锁模光纤激光器的发展和应用具有重要意义。具有单、双波长可切换性和波长可调谐性的锁模光纤激光器吸引着诸多领域的科研人员,成为了当下研究热点。本文从理论和实验上探究了Lyot滤波器、NALM对实现锁模波长切换和调谐特性的影响。主要工作内容如下:1.基于光纤Lyot滤波器单波长可切换掺镱锁模光纤激光器的研究。利用一段长18 cm的保偏光纤(PMF,Polarization Maintaining Fiber)、一个起偏器以及一个偏振控制器(PC,Polarization Controller)制备了光纤Lyot滤波器。根据光纤Lyot滤波器的透过率公式模拟了不同偏振态下的透射光谱,在理论分析上支持了基于光纤Lyot滤波器实现锁模脉冲的输出。将光纤Lyot滤波器和偏振无关隔离器熔接腔内搭建出光纤激光器。通过调节PC,实现了1036.6 nm的锁模光纤激光器,输出光谱3d B带宽为7.6 nm,重复频率26.39 MHz,信噪比大于68 d B,脉冲宽度6.8 ps。通过增加泵浦源功率并调节PC,锁模光谱的中心波长发生了切换,并且在锁模光谱中观测到因功率过高导致的连续波成分。2.基于NALM波长可调谐耗散孤子锁模光纤激光器的研究。通过3 d B合器将NALM和单向环相连形成“8”字形腔。泵浦功率为240 m W时,在中心波长1064.1nm处获得了3 d B带宽7.7 nm、重复频率18.8 MHz、信噪比71.2 d B以及脉冲宽度867 fs的耗散孤子。通过调节PC,在1032.8-1065.1 nm的波长调谐范围均实现了耗散孤子锁模,且锁模均能保持很稳定的状态。调节PC使锁模在150 m W泵浦功率下达到稳定状态,仅增加泵浦功率,锁模中心波长在1037.4-1041.9 nm内发生了蓝移,因此获得了约4.5 nm的波长调谐范围。3.基于NALM多脉冲可切换锁模光纤激光器的研究。为进一步探索滤波效应对锁模输出特性的影响,基于上个实验的研究,通过在“8”字腔NALM环中熔接一段PMF,搭建出了锁模脉冲可切换光纤激光器。当泵浦功率210 m W时调节PC,获得了单、双脉冲可切换锁模激光器。继续提高泵浦功率,脉冲发生了分裂,通过调节PC在锁模状态下获得了单、双、三脉冲可切换输出。
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