基于微纳光纤复合波导的1μm耗散孤子光纤激光器研究

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锁模光纤激光器具有窄脉宽、高平均功率和高脉冲能量等优点,所以在许多领域中发挥着重要作用。而基于非线性多模干涉效应(nonlinear multimode interference,NL-MMI)的可饱和吸收体(saturable absorbers,SAs)具有较好的抗损伤阈值,适用于1μm波段光纤激光器的大能量锁模,是目前光纤激光器的研究热点之一。然而NL-MMI在全正色散区要实现耗散孤子锁模,需要精确控制多模光纤的长度,同时也需要引入滤波机制来实现腔内的耗散作用。耗散孤子锁模脉冲具有较强的正啁啾,这会伴随着较大的脉冲宽度。因此对耗散孤子锁模光纤激光器引入滤波机制和脉冲压缩也成了关键的问题。本文采用多模光纤偏芯熔接(offset splicing grad-index multimode fiber,OS-GIMFs)结合碲化铋(Bi2Te3)的方式获得了1μm波段的耗散孤子锁模,利用微纳光纤去啁啾的方式实现了脉冲宽度的压缩。最后本文围绕上述工作开展了以下几方面的研究内容:1.分析了基于NL-MMI锁模的超快动力学演化过程,阐明了其非线性可饱和吸收特性对光脉冲的影响。研究了微纳光纤对腔内色散的补偿机制,并针对1μm波段全正色散区的耗散孤子啁啾大的特点,采用微纳光纤对耗散孤子脉冲进行压缩。由于在同一波长条件下,直径不同的微纳光纤会导致波导色散发生偏移。因此,选择合适直径的微纳光纤可以有效的控制波导色散,有利于实现脉冲宽度的压缩。2.对Bi2Te3与OS-GIMFs的复合结构锁模进行了研究。首先分析了不同浓度的碲化铋配比对可饱和吸收性能的影响,从而制备出高性能的Bi2Te3。然后对OS-GIMFs结构进行模拟,研究OS-GIMFs自映像效应和滤波效应。同时在OS-GIMFs的结构中,偏芯程度的大小对滤波效应和插入损耗的影响非常大,通过对OS-GIMFs结构进行优化,制备出了能够实现耗散孤子锁模的新结构。最后将Bi2Te3与偏芯熔接多模光纤结合,形成复合结构。结果表明,当波长中心为1033.2 nm时,最大输出功率4.16 m W,脉冲宽度为26.7 ps,信噪比为53.8 d B的耗散孤子锁模脉冲,有效提高了耗散孤子激光器的输出能量和稳定性。3.针对基于复合波导耗散孤子锁模的脉冲压缩问题,通过对微纳光纤的制备工艺进行了优化与改良,用间接加热法制备了锥腰直径为1.3μm的微纳光纤结构。将其接入复合结构锁模光纤激光器的输出端对脉冲宽度进行压缩,最终压缩后的脉冲宽度为2.3 ps。
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