掺铥全光纤激光器锁模及脉冲特性研究

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与传统固体激光器相比,光纤激光器在诸多方面都优势明显,比如波长可调谐范围更广、光束质量更高、斜效率更高、易于维护且结构简单等。光纤激光器的种类丰富,广泛应用于国防、工业、医疗及科研等各个领域。近年来,国内外针对特定应用需求,对新型激光源开展了大量的研究工作,特别是不同类型及功率量级的掺镱(激射波长1μm)及掺铒(激射波长1.55μm)光纤激光器,研究充分且已广泛商业化。而诸多新兴领域,如遥感测距、激光医疗、污染控制、材料加工、中红外超连续谱光源以及激光雷达等领域,对中红外超短脉冲光源有特殊需求,但受限于材料、技术等因素,导致短脉冲的中红外光源的研发相对滞后。因此,拓展激光源的波长,使其能延伸至中远红外区域意义重大。掺铥光纤激光器所产生的激光波长可控制在2μm附近波段,特别是2μm锁模超短脉冲光纤激光器,桥接了1-3μm激光波长鸿沟,光纤激光器搭建对材料和技术等要素要求比固体激光器较低。但在实现全光纤化及锁模脉冲实现、脉冲特性调制等方面的研究尚不充分,因此开展对该波段的全光纤化激光器锁模及脉冲特性的研究意义重大。本文针对2μm锁模全光纤激光器展开系统研究。首先,简述了2μm锁模光纤激光器研究背景及意义;并针对锁模光纤激光器做出类型划分,综述该类激光器当前研究状况;提出当前此类激光器所存在的问题,以此推出本文的研究目标、思路和方法。然后,详细介绍了锁模光纤激光器的工作原理;然后对此构建了理论模型,并在Matlab上实现了模拟仿真,仿真结果可以清楚地展现出激光器在实现锁模过程中光谱和脉冲的演化过程。并根据理论研究的基础,搭建了三种不同类型的2μm光纤激光器:其一,利用多模干涉原理,搭建了基于多模干涉原理的2μm锁模光纤激光器,并实现了稳定的可重启锁模。其二,根据可饱和吸收原理,首先,搭建了基于可饱和吸收体的2μm锁模光纤激光器,实现了稳定的可自启锁模其信噪比高达82 d B。其三,研究了基于新型可饱和吸收材料的锁模激光器。利用液相分离法制作了碲纳米晶体(Chem-Te),验证了Chem-Te作为可饱和吸收体的特征标准。搭建了基于Chem-Te的2μm锁模光纤激光器,并分别在基频,二阶,三阶处实现稳定的可自启飞秒脉冲锁模。最后总结了本文所取得的研究成果,并点出本文研究的不足之处,在今后研究的过程中可以朝着色散补偿、压缩放大脉冲等方向继续深入的研究。
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