铒镱共掺光纤被动锁模激光器的理论与实验研究

摘要

近年来，超短光脉冲的产生已成为非线性光学，超快光学等方向的重要课题。以掺稀土元素光纤作为增益介质的光纤激光器，与半导体激光器相比，具有增益特性好、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、与现有通信系统相兼容等特点，是目前超短脉冲激光技术领域中的热点研究课题。本论文将结合实验室现有条件，围绕Er-Yb共掺的锁模光纤激光器，从理论和实验两方面进行如下工作： 一、光纤激光器的基本理论研究1.介绍了光纤激光器的基本原理，发展历史，分类和特点，然后讲了超短脉冲光纤激光器的发展状况和研究意义。 2.分析了Er-Yb共掺光纤激光器的特点，以及Yb3+离子的加入对于Er3+离子浓度的提高造成的浓度猝灭现象的抑制，并简单介绍了Er-Yb共掺超短光纤激光器的研究进展与概况。 二、光纤激光器锁模及Er-Yb共掺光纤激光器理论基础1.分析了锁模的基本原理，主动锁模，被动锁模，主被动联合几种锁模方法。 2.介绍了Er-Yb共掺光纤激光器的理论，通过解析式和计算机模拟图形的方式分析了腔长，泵浦功率，阈值功率，斜率效率对于光纤激光器输出特性的影响及它们之间的关系。 三、Er-Yb共掺光纤激光器非线性偏振旋转被动锁模实验研究1.详细介绍了三种常见的被动锁模光纤激光器，并就本论文实验部分采用的非线性偏振旋转被动锁模进行了重点研究。从时域锁模方程出发，分析了环形腔中非线性偏振旋转脉冲加成锁模体获得超短脉冲的机理，详细讨论了带宽限制、损耗、色散等对光纤激光器的影响。 2.利用非线性偏振旋转技术，通过仔细调整偏振控制器的角度与泵浦功率的大小，在中Er-Yb共掺环型腔内分别实现了调Q、调Q锁模与连续锁模三种不同形式的稳定脉冲输出。并对重复率，脉冲宽度，光谱宽度，泵浦功率与输出功率关系等进行了详细的记录。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤激光器

1.2.1 光纤激光器的原理

1.2.2 掺稀土元素的光纤激光器发展

1.2.3 光纤激光器的特点及分类

1.2.4 几种新型的光纤激光器

1.3 Er-Yb共掺光纤激光器的原理及特点

1.3.1 掺铒光纤激光器的能量上转换

1.3.2 Er-Yb共掺光纤激光器的优势

1.4 超短脉冲光纤激光器发展

1.5 超短脉冲光纤激光器意义

1.6 Er-Yb共掺光纤超短脉冲激光器的研究进展

1.7 小结

第二章 锁模光纤激光器的理论分析

2.1 锁模光纤激光器基本原理

2.1.1 锁模原理

2.1.2 锁模装置

2.2 锁模分类

2.2.1 主动锁模光纤激光器

2.2.2 被动锁模光纤激光器

2.2.3 主被动联合锁模光纤激光器

2.3 Er-Yb共掺杂激光器的理论分析

2.3.1 Er-Yb共掺杂激光器的理论模型

2.3.2 Er-Yb共掺光纤激光器的阈值,斜率效率分析

2.4 小结

第三章 Er-Yb共掺被动锁模光纤激光器

3.1 被动锁模光纤激光器

3.1.1半导体可饱和吸收体

3.1.2 非线性光纤环型镜

3.1.3非线性偏振旋转技术

3.1.4其他被动锁模技术

3.2 Er-Yb被动锁模光纤激光器

3.2.1 实验装置

3.2.2 基于非线性偏振旋转的加成脉冲锁模

3.2.3 Er-Yb共掺偏振旋转加成脉冲锁模的数学模型

3.3 小结

第四章 Er-Yb共掺被动调Q锁模锁模激光器的实验研究

4.1 实验装置

4.2 实验结果及分析

4.2.1 自锁模实验

4.2.2.自调Q-自锁模实验

4.2.3.自调Q实验

4.3 实验方案的改进与展望

4.4 小结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢