掺Yb超短脉冲光纤放大器研究

摘要

随着光纤通信的不断发展和广泛应用，光纤放大技术得到了长足进步。其中，掺稀土元素光纤放大器，如掺Yb3+光纤放大器，由于其独特的优点，在超短脉冲放大等许多领域受到人们越来越多的关注，是目前超短脉冲激光放大技术领域的前沿热点研究课题。本文从理论和实验两方面对超短脉冲掺Yb3+光纤放大器进行了较为深入的研究，主要内容包括： 一.环形腔掺YB3+超短脉冲光纤激光器的基本理论研究1.介绍了锁模光纤激光器的基本锁模原理2.对环形腔掺Yb3+光纤激光器的斜率效率、阈值功率和输出功率进行了计算机模拟和详细讨论。详细分析了环形腔掺Yb3+光纤激光器中输出耦合比与斜率效率、输出功率、光纤长度以及泵浦功率等重要参数之间的关系，同时对时域锁模方程进行了求解。数值模拟结果表明：输出耦合比对环形腔掺Yb3+光纤激光器的性能影响很大，在设计腔结构时需要考虑耦合比最佳值问题。 二．超短脉冲掺Yb3+光纤放大器基本理论研究1.对激光放大技术进行了理论概述，详细介绍了Yb3+离子的基本特性，并从麦克斯韦方程组出发，详细推导了非线性薛定谔方程，并介绍了脉冲宽度和频谱的定义。 2.详细分析了群速度色散和自相位调制对无啁啾脉冲传输的影响，并进行了计算机的数值模拟。发现在正色散介质中，色散效应会导致脉冲展宽，但不会对脉冲的频谱产生影响。自相位调制会展宽脉冲的频谱，而不会使脉冲波形发生变化。 三.掺Yb3+超短脉冲光纤放大器实验研究1.详细阐述了环形腔掺Y3+超短脉冲光纤激光器的锁模实现原理。利用非线性偏振旋转技术，通过仔细调整光纤偏振控制器的角度和泵浦功率的大小，得到了调Q、调Q锁模与连续锁模三种不同形式的稳定脉冲输出。 2.通过仔细调整光纤偏振控制器的角度和激光器以及放大器泵浦功率的大小，对环形腔掺Yb3+超短脉冲光纤激光器的调Q、调Q锁模与连续锁模三种不同形式的稳定脉冲输出进行了放大及结果分析。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2常见光纤放大器简介

1.2.1光学非线性光纤放大器

1.2.2掺稀土元素光纤放大器

1.3掺Yb3+光纤放大器概述

1.3.1 YDFA的基本结构

1.3.2 YDFA的发展及应用

1.4超短脉冲YDFA

1.4.1超短脉冲的应用

1.4.2超短脉冲YDFA概况

1.5本文的章节安排

第二章环形腔掺Yb3+锁模光纤激光器的基本理论研究

2.1锁模的基本原理

2.2环形腔掺Yb3+光纤激光器的理论分析

2.2.1环形腔掺Yb3+光纤激光器的斜率效率、阈值功率及输出功率

2.2.2对于环形腔掺Yb3+光纤激光器耦合比的分析

2.3被动锁模原理的方程求解

2.4环形腔掺Yb3+锁模光纤激光器的实现原理

2.5小结

第三章超短脉冲掺Yb3+光纤放大器基本理论研究

3.1激光放大技术概述

3.2Yb3+离子基本特性

3.3超短脉冲传输的基本理论

3.3.1基本传输方程推导

3.3.2脉冲宽度和光谱宽度

3.4超短脉冲放大的主要效应

3.4.1群速度色散效应

3.4.2自相位调制效应

3.4.3群速度色散和自相位调制对脉冲的综合作用

3.5小结

第四章掺Yb3+超短脉冲光纤放大器实验研究及结果分析

4.1实验原理

4.2实验装置

4.3实验现象及结果分析

4.3.1对自调Q脉冲的放大

4.3.2对调Q锁模脉冲的放大

4.3.3对锁模脉冲的放大

4.3.4输出功率的变化

4.4实验中尚需解决的问题

4.5对今后实验改进的意见

4.6小结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢