被动锁模掺铒光纤激光器的理论和实验研究

摘要

短脉冲激光器在超快和非线性现象等研究领域有着不可替代的作用，自从钛宝石激光器的出现以来，极大的推动了这些研究领域的发展，到目前为止，钛宝石激光器仍然主导着超快激光在这些领域的应用。但是，以钛宝石为主的固体激光器，价格昂贵、体积庞大、调节复杂、对工作环境要求很苛刻，限制了其在某些领域的应用。而光纤激光器正好可以弥补这些缺陷，尽管其输出能量和固体激光器相比还有很大差距，但是，其输出脉冲宽度和脉冲能量已经逐渐接近固体激光器，因此对于可以产生超短脉冲输出的被动锁模光纤激光器的研究十分必要。
　　 本论文的选题来源于国家973计划(编号：2010CB327605)、国家自然科学基金(编号：50802044、11004110)、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目等项目中的内容。本论文重点开展了基于非线性偏振旋转(NPR)技术的被动锁模掺铒光纤激光器的理论与实验研究，主要研究工作和创新点包括：
　　 1．对光脉冲在光纤和光纤激光器中的传输方程进行了分类讨论，利用分步傅里叶方法，应用matlab软件对环形腔被动锁模光纤激光器进行了理论建模，数值模拟了耗散孤子、普通孤子和呼吸孤子的输出特性和三类腔(全正常色散、全反常色散和色散管理腔)中脉冲产生和传输的动力学行为。
　　 2．实验研究了基于非线性偏振旋转技术的被动锁模掺铒光纤激光器中的各种锁模现象，包括调Q锁模现象、孤子光滑频谱的产生、孤子强度周期性波动、类噪声孤子输出和孤子纠缠态、混沌态等，研究了这些现象的基本特征，分析了其产生的机理。
　　 3．通过在全反常色散腔中引入较大的线性双折射，在基于非线性偏振旋转锁模技术的被动锁模掺铒光纤激光器中实现了双波长、双孤子锁模输出，并对其成因进行了分析和研究。
　　 4．研究了净色散位于零附近的色散管理腔的锁模脉冲输出特性，通过调节偏振控制器实现了单脉冲和多脉冲锁模输出，在一个周期内实现了最多30个孤子的输出，并对该现象进行了理论分析。
　　 5．分别在激光腔中引入500米的单模光纤和100米色散补偿光纤加上500米单模光纤，对大反常色散和大正常色散腔的谐波锁模现象进行了研究。