3μm波段被動(dòng)鎖模光纖激光器及寬帶超連續(xù)譜產(chǎn)生的研究.pdf

1、3μm超短脈沖激光在軍事、醫(yī)療、科技等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，目前已被應(yīng)用于光譜學(xué)、遠(yuǎn)距離傳感、頻率計(jì)量、自由空間通訊、激光手術(shù)、激光探測(cè)和測(cè)距、導(dǎo)彈制導(dǎo)和中紅外非線性光學(xué)高效率泵浦。因?yàn)楣饫w激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、穩(wěn)定性高、散熱性好、光束質(zhì)量高以及成本低的特點(diǎn)。所以3μm波段的鎖模光纖激光器是激光器領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，受到了激光器領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。本文主要對(duì)3μm被動(dòng)鎖模光纖激光器進(jìn)行數(shù)值仿真研究和實(shí)驗(yàn)探究。
　　在數(shù)

2、值仿真研究部分，本文首先推導(dǎo)了描述激光脈沖在增益光纖中傳輸演變的耦合金茲堡-朗道方程(G-L方程)。然后分析了基于可飽和吸收體(SA)和非線性偏振旋轉(zhuǎn)(NPR)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)鎖模光纖激光器原理，并建立了不同腔形、不同鎖模原理的被動(dòng)鎖模光纖激光器數(shù)學(xué)模型。最后基于建立的鎖模光纖激光器數(shù)學(xué)模型，對(duì)3μm被動(dòng)鎖模Ho3+/Pr3+共摻ZBLAN光纖激光器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，通過(guò)在 NPR鎖模光纖激光器腔內(nèi)加入 SA，可使得激光器系統(tǒng)對(duì)增

3、益光纖的長(zhǎng)度選擇更為寬泛，對(duì)泵浦強(qiáng)度的限制更低，對(duì)腔內(nèi)的激光偏振狀態(tài)要求更低，通過(guò)調(diào)節(jié)偏振波片，更容易出現(xiàn)穩(wěn)定鎖模脈沖輸出。
　　在實(shí)驗(yàn)探究部分，我們首先基于液相沉積(LPE)方法制備出了高質(zhì)量的多層黒磷(BP)材料，并制作了調(diào)制深度為41.2％，飽和強(qiáng)度為3.767MW/cm2的黒磷可飽和吸收體（BPSA）。基于 BPSA，我們獲得了脈沖寬度為8.6ps，重復(fù)頻率為13.987MHz，脈沖能量為6.28nJ，輸出功率為87.8m

4、W的2866.7nm鎖模脈沖激光。成功的證實(shí)了二維材料黒磷作為3μm波段SA產(chǎn)生脈沖的可能性。另外，我們嘗試搭建了基于NPR+半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）的3μm混合鎖模Ho3+/Pr3+共摻ZBLAN光纖激光器。結(jié)果發(fā)現(xiàn)混合鎖模光纖激光器中NPR結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)揮等效可飽和吸收體的作用，僅SESAM發(fā)揮脈沖調(diào)制作用產(chǎn)生了調(diào)Q脈沖。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真模擬，我們分析了此現(xiàn)象的原因并給出了實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)方案。在混合鎖模光纖激光器系統(tǒng)中，當(dāng)泵浦功

5、率無(wú)法進(jìn)一步提升時(shí)，為了結(jié)合NPR和SESAM的優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生鎖模脈沖輸出，應(yīng)當(dāng)選用低飽和能量的SESAM，并且要充分考慮到腔內(nèi)能夠產(chǎn)生的脈沖強(qiáng)度水平設(shè)計(jì)增益光纖的長(zhǎng)度。
　　最后，我們?cè)O(shè)計(jì)了適用于采用1550nm、2000nm和2870nm三種波長(zhǎng)的脈沖激光器作為泵浦源產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的的As2S3懸吊芯高非線性光纖，并基于廣義非線性薛定諤方程對(duì)所設(shè)計(jì)的三種光纖中的超連續(xù)譜產(chǎn)生進(jìn)行了仿真優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化，在仿真模擬中，我們利用2870