基于光纤激光系统的波长转换研究

摘要

非线性波长转换在光信号处理、光信息存储、生物医学检测、遥感探测、工业加工及环境监测分析等方面起者重要的作用。随着超短脉冲激光技术的不断发展，宽带激光的波长转换受到广泛关注。光子晶体光纤激光器以其高光束质量、高电光效率、可靠性高、占空小及高重频等优异的特性，成为目前国内外研究热点。本论文基于光通信波段、高功率飞秒光纤激光系统，利用周期极化非线性晶体实现高效频率转换，提出了相位匹配和群速度匹配的温度调谐方案，分析讨论了谐波时域和频域特性及转换效率的影响因素，为实现结构紧凑、性能稳定的多波长输出系统提供了参考；结合涡旋光束在光通信领域的新应用，研究了波长转换过程的模式分布特性。具体内容如下：
　　1、归纳总结了准相位匹配技术及其特点，在小信号近似下对二阶非线性参量过程的耦合波方程进行了理论推导，分析了走离效应和群速度失配对宽带波长转换过程的影响。
　　2、针对光子晶体光纤激光频率转换过程进行了理论模拟和实验研究。分析了全光波长转换过程的温度依赖性，以及转换效率和输出波长的调谐特性。实验分别在100℃和75℃获得了最大转化效率为27.5％的二次谐波和4.3%的三次谐波，讨论了输出光谱的二、三和四次谐波转换过程。
　　3、提出了一种同时满足相位匹配和群速度匹配的高效飞秒激光倍频方案。在特殊的偏振配置e+ e-o下，基频光波和倍频光波的群速度可以在特定温度匹配。将耦合波方程应用于1550nm波段掺镁周期性极化晶体波长转换过程，数值分析了基频和倍频光波的时域和频域特性，获得了最佳转换效率的条件。
　　4、研究了轨道角动量光束在准相位匹配晶体中波长转换过程，得到了频率变换后光束的模式分布特性。

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第一章 绪论

1.1 波长转换研究的意义

1.2 常用波长转换方法

1.3光子晶体光纤飞秒激光系统

1.4 波长转换研究现状

1.5 本论文的研究内容和章节安排

第二章 波长转换的基本理论

2.1 准相位匹配技术

2.2 二阶非线性耦合波方程

2.3 走离效应对超短脉冲波长转换的影响

2.4 本章小结

第三章 基于高功率光纤激光系统的波长转换过程

3.1 波长转换的温度特性

3.2 基于光子晶体光纤激光系统的波长转换实验

3.3 本章小结

第四章 宽带高效倍频过程的群速度失配

4.1 消除群速度原理及其模型

4.2 数值模拟及结果讨论

4.3 本章小结

第五章 基于轨道角动量的波长转换过程

5.1 轨道角动量光束

5.2 轨道角动量光束的倍频变换理论分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

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