基于多模干涉效应的可调谐被动锁模全光纤激光器

摘要

可调谐被动锁模光纤激光器在制造业、医学、科研等领域具有重要价值，作为决定其波长调谐性能的关键器件，光谱滤波器的性能至关重要。基于光纤多模干涉（MMI）效应的光谱滤波器具有全光纤化结构、制作简单、调谐手段多样、滤波光谱可自主设计等优点，在各类光纤系统中有广泛应用。将其应用于被动锁模光纤激光器谐振腔中，不仅有助于实现全光纤化的系统结构，且可利用其多样的调谐手段对锁模光谱进行调谐，有助于扩展可调谐锁被动锁模光纤激光器的结构，启发新型可调谐激光系统的开发。本论文对光纤多模干涉效应进行了分析，并对基于多模干涉效应的可调谐被动锁模光纤激光器进行了研究。具体研究内容如下： 一、总结了光纤模式理论，分析了光纤中的模式分布及特征，计算了多模光纤的模式容量。基于光纤模式理论与波动方程理论，对光纤中的多模干涉效应及自成像效应进行了理论分析，计算了单模光纤基模场耦合进入多模光纤后多模干涉的过程，计算了自成像质量因子沿多模光纤的演化及单模-多模-单模（SMS）结构MMI滤波器的透射光谱。介绍了光束传输法与有限差分光束传输法的基本原理，总结了基于该方法对光纤多模干涉效应进行数值模拟的过程。 二、分别对单波长与宽谱光信号在光纤多模干涉效应器件中的传输性质进行了数值模拟，分析了多模光纤长度、纤芯尺寸、折射率分布、径向应力、传输光波长等参数的变化对于光纤多模干涉效应及 SMS 结构 MMI 滤波器透射光谱的影响，制作了一批SMS结构MMI滤波器并实验验证了其波长调谐作用。研究了非线性偏振旋转（NPR）被动锁模谐振腔的光谱滤波效应，指出了将MMI滤波器应用其中产生可调谐锁模输出的潜力。 三、分别搭建了基于多模干涉效应的可调谐光纤激光器及光纤放大器。利用MMI滤波器的调谐效应在NPR锁模激光器中实现了对锁模光谱中心波长及光谱宽度的调谐。在光纤放大系统中，采用大模场掺Yb磷酸盐光纤放大级对基于多模干涉效应的可调谐锁模种子源进行放大，获得了输出功率2.11W，可在1031.9-1062.8nm范围内调谐的锁模脉冲输出。

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