多芯光纤可饱和吸收体的数值研究

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超短激光脉冲由于具有功率高、脉冲窄、光谱宽等一系列的优点,在高容量通信,微观探测,受控热核聚变,生物医学等领域有重要的应用价值。当前,被动锁模光纤激光器被认为是产生超短脉冲最好的光源。可饱和吸收体是被动锁模激光器实现锁模的关键器件,其作用是实现对光脉冲的可饱和吸收。常见的锁模器件包括:半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、克尔透镜以及非线性偏转锁模。本文主要工作是对一种新的可饱和吸收体—多芯光纤可饱和吸收体的研究,分别对纤芯数、耦合系数、非线性系数进行讨论,研究这些因素对于可饱和吸收特性的影响。具体内容为:首先,分别对双芯、三芯、五芯和七芯光纤进行仿真,通过计算光纤耦合系数和非线性系数,然后数值求解非线性耦合模方程组后发现,对于不同的光纤结构,多芯光纤总是表现为对低功率密度光脉冲吸收和高功率密度光脉冲透过的饱和吸收特性,且不同纤芯数对于这种特性的影响相差不大。因此,在后面的讨论中,均是采用的双芯光纤结构。其次,光纤结构和入射波长均会影响其耦合系数,从而影响到可饱和吸收特性。研究发现,双芯光纤作为可饱和吸收体所需的饱和功率随耦合系数的减小而降低。此外,当选取合适的长度时双芯光纤有较好的滤波特性。对于文中所选双芯光纤结构,当光纤长度为81倍半拍长度时,在波长范围1530nm~1570nm可以实现带通滤波特性。通过向光纤纤芯中注入高非线性液体能够有效的提高光纤的非线性。研究表明,光纤非线性的提高能有效地降低其作为可饱和吸收体的饱和功率。针对双芯光纤研究了由于芯径和折射率差导致的不对称性对可饱和吸收特性的影响,结果表明不对称性不仅会降低耦合效率,而且增大了饱和功率。最后,将所研究的双芯光纤可饱和吸收体置于全正常色散的超短脉冲锁模光纤激光器中进行数值仿真,通过对激光器输出脉冲在时域和频域的分析,验证了这类双芯光纤可饱和吸收体可以被用于锁模光纤激光器中。
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