高质量的2μm高重频谐波锁模激光器

摘要

2μm被动锁模光纤激光器因在光通信、医药学、中红外、激光雷达等领域的具有广泛的应用前景，已经成为了近些年来激光领域广大科研工作者的研究热点。本文分别从理论和实验上研究了 2μm 掺铥光纤激光器中的基频锁模和高重频谐波锁模孤子脉冲产生方法，相关研究工作可分为如下三个部分： （1）基于非线性薛定谔方程，我们建立了基于非线性偏振旋转的 2 微米被动锁模掺铥光纤激光器的数值模型。通过分步傅里叶法求解，我们研究了基频孤子随泵浦功率的演化情况，优化了掺铥光纤和普通单模光纤 SMF28e 的长度，结果表明当掺铥光纤长度5 m，普通单模光纤SMF28e为31 m时可获得脉冲能量最大基频孤子。 （2）我们搭建了基于非线性偏振旋转的基频锁模掺铥光纤激光器，谐振腔总长度为36 m，腔内净色散为-2.9 ps2。当泵浦功率为1.232 W时，可获得稳定的基频锁模孤子，其脉冲重复频率为 5.8 MHz，与腔长相匹配，孤子光谱中心波长和半高全宽分别为1992.7 nm和2.02 nm，实验测得的脉冲宽度为2.2 ps，最大输出功率为10 mW，脉冲能量为1.72 nJ。为了提升基频孤子的脉冲重复频率并实现锁模自启动，我们采用了NPR锁模技术与真实可饱和吸收体相结合的混合锁模结构掺铥光纤激光器，获得了脉冲宽度为 1.4 ps，重复频率 22.81 MHz的自启动锁模脉冲。光谱的中心波长和半高全宽分别为1983.2 nm和3.42 nm。 （3）在上述非线性偏转锁模腔中，引入一段长为 20 m的色散补偿光纤，可将基频锁模光纤激光器转变为谐波锁模掺铥光纤激光器。色散补偿光纤用于改变腔内净色散降低孤子分裂阈值，并产生被动谐波锁模脉冲。稳定的基频锁模脉冲在泵浦功率 750 mW 率先产生，继续增加泵浦功率，开始高阶谐波锁模脉冲出现。在适合功率3.2 W泵浦下，可获得超模抑制比为19 dB的最大重复频率14.5 GHz的谐波锁模脉冲，这是目前在 2 微米波段锁模脉冲重复频率最高的光纤激光器。所获的脉冲宽度和光谱波长分别为1.3 ps和1982.3 nm。

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