碳纳米管被动锁模光纤激光器的研究

摘要

被动锁模光纤激光器能够输出具有极窄脉宽、高峰值功率和宽光谱的脉冲而被广泛应用于光纤通信系统、激光加工、高速医学成像和大功率激光系统等许多领域。单壁碳纳米管（SWCNT）作为可饱和吸收体具有恢复时间快、饱和光强低以及工作光谱范围宽等优点，基于 SWCNT的被动锁模光纤激光器是激光技术领域的研究热点之一，研究高性能的 SWCNT被动锁模光纤激光器具有重要的学术意义和应用价值。本论文对基于 SWCNT的双向锁模光纤激光器、耗散孤子光纤激光器以及锁模光纤激光器中的矢量孤子特性进行了理论和实验研究，其主要研究内容如下：
　　1.实验表征了SWCNT的可饱和吸收特性，构建了基于SWCNT的双向锁模光纤激光器并获得了稳定的双向锁模脉冲输出。双向锁模脉冲的中心波长分别为1566 nm和1566.7 nm、光谱宽度为3.7 nm和3.6 nm、脉宽为0.75 ps和0.77 ps。分析了腔内光纤双折射和腔体结构对双向锁模脉冲特性的影响，并对双向锁模光纤激光器进行了数值仿真研究。
　　2.构建了基于SWCNT的腔内净色散为正值的被动锁模掺铒光纤激光器，获得了稳定的耗散孤子脉冲输出，输出脉冲的中心波长为1561.7 nm，光谱宽度为7.4 nm，脉宽为39.2 ps。研究了耗散孤子脉冲特性随泵浦功率以及腔内光纤双折射的变化，对输出的耗散孤子脉冲进行腔外压缩，得到的最窄压缩脉宽为0.76 ps，压缩比为51.6。
　　3.分别对基于SWCNT的传统锁模光纤激光器和耗散孤子光纤激光器中的矢量孤子特性进行了实验研究，在不同的泵浦功率下，通过调节偏振控制器，改变腔内光纤双折射，获得了偏振锁定矢量孤子、偏振旋转锁定矢量孤子以及群速度锁定矢量孤子。
　　4.采用“脉冲跟踪法”对基于SWCNT的耗散孤子光纤激光器进行数值仿真研究，数值模拟了激光器中耗散孤子的形成和在腔内的演化。通过改变腔内光纤双折射拍长和小信号增益系数，数值仿真得到偏振旋转锁定矢量耗散孤子以及群速度锁定矢量耗散孤子，并分析了腔内光纤双折射对矢量孤子特性的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2锁模光纤激光器

1.3碳纳米管被动锁模光纤激光器

1.4本论文的主要研究内容

第二章 被动锁模光纤激光器的理论基础

2.1光脉冲在普通单模光纤中的传输

2.2光脉冲在掺铒光纤中的传输

2.3被动锁模光纤激光器的数值模拟方法

2.4本章小结

第三章 碳纳米管双向锁模光纤激光器研究

3.1单壁碳纳米管锁模器件的制备及其可饱和吸收特性的表征

3.2双向锁模光纤激光器

3.3双向锁模光纤激光器的数值仿真

3.4本章小结

第四章 碳纳米管锁模光纤激光器中的矢量孤子研究

4.1矢量孤子的概述

4.2矢量孤子的特性研究

4.3本章小结

第五章 基于碳纳米管的耗散孤子光纤激光器研究

5.1耗散孤子掺铒光纤激光器

5.2耗散孤子脉冲的腔外压缩

5.3矢量耗散孤子的实验研究

5.4耗散孤子光纤激光器的数值仿真

5.5本章小结

第六章 结论

6.1本论文工作总结

6.2对未来工作的展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果