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由于光纤激光器在光通信、光学传感、非线性光学、工业和医药等方面的大量应用,人们对光纤激光器的研究越来越广泛。和传统的固体、气体激光器一样,光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器,增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。被动锁模光纤激光器是较容易获得超短脉冲的激光光源,同时由于其体积小、结构简单、起振阈值低、成本低、与光纤兼容性优异和丰富的非线性动力学过程等特性,已经成为国际上的研究前沿和热点。
耗散孤子共振(DSR),作为耗散孤子系列中的一种特殊情况,区别于耗散孤子具有矩形光谱的情况,随着泵浦功率的增加,DSR是可以从锁模脉冲演变为矩形脉冲,理论上这种脉冲宽度可以无限增大而脉冲高度保持稳定,脉冲并没有产生分裂且脉冲能量能够无限增大,这种新型的高能量超短脉冲自从理论上提出以后,但是研究进展却比较缓慢。近年实验上观察到的现象,都基于非线性偏振旋转(NPR)锁模机制,即在激光器的腔内都有一个起偏器存在,如果在其他锁模技术也获得此现象将是非常有意义的,比如基于非线性放大环镜技术(NALM)和非线性光纤环镜(NOLM)的光纤激光器。
本文从“8”字形腔光纤激光器中获得锁模脉冲研究出发,主要对被动锁模的耗散孤子共振光纤激光器进行了实验研究,研究的主要内容包括以下几个方面:
1)简述了光纤激光器的的特点、发展概况,介绍被动锁模的DSR光纤激光器的特点,总结国际上对这种现象的研究进展。
2)介绍了光纤激光器基本原理和类型,阐述了光纤激光器的锁模基本原理和谐振腔结构;介绍了萨格纳克干涉仪的技术,这种干涉仪可以实现光开关的功能,以及实现锁模功能的作用。展示了这种技术用在NOLM与NALM腔结构的两种8字型激光器,重点介绍了基于萨格纳克干涉仪腔的被动锁模掺铒光纤激光器运作原理,从而利用这种锁模机制实现DSR。
3)在基于非线性放大环镜“8”字形锁模耗散孤子共振掺铒光纤激光器中,区别以往在NPR激光器实现DSR,本文演示了运行在DSR区域的净反常色散掺铒8字型光纤激光器中锁模矩形脉冲的产生。随着泵浦功率的增加,到达最高泵浦功率341 mW时,不产生波分裂的脉冲变宽,且脉冲能量可以达到3.25nJ。总腔长为58.4m,基本重复率为3.54MHz。与此同时,运行在DSR区域的锁模脉冲的光谱表现出传统孤子的边带,这是区别于前人观察到DSR现象光滑的光谱。结果表明,运行在DSR区域的锁模脉冲与锁模技术无关,这有助于更好地理解在光纤激光器的DSR现象。
4)最后,总结全文,指出需要改进方面,展望耗散孤子共振被动锁模光纤激光器的研究走向。