基于2微米脉冲泵浦软玻璃光纤的中红外超连续谱研究

摘要

中红外超连续谱（SC）因其在军事国防、气体检测、光谱学、生物医学、环境检测等领域广泛的应用前景而受到广泛研究。近年来，高功率、超宽带中红外SC成为研究重点。本文主要基于2μm高能锁模脉冲分别对ZBLAN和As2S3光纤中超连续谱的产生进行理论和实验研究。本研究主要内容包括：
　　⑴通过建立基于非线性薛定谔（GNLSE）方程的脉冲在非线性光纤中传输的理论模型，采用分步傅里叶算法求解 GNLSE，数值模拟了超短脉冲在单模ZBLAN光纤中正常色散区和反常色散区传输时的光谱演化过程，详细分析了自相位调制（SPM）、受激拉曼散射（SRS）以及孤子分裂等非线性效应对超连续谱产生的影响。定量分析了脉冲峰值功率、脉冲宽度和光纤长度对能量红移和光谱平坦度的影响，从而优化泵浦和光纤参数，获得平坦的宽带超连续谱输出。
　　⑵分别描述非线性偏振旋转（NPR）和单壁碳纳米管（SWCNT）真实可饱和吸收体的被动锁模原理，在此基础上创新性的采用两者混合被动锁模，搭建了输出两种不同脉宽的锁模脉冲光纤激光器，脉冲宽度分别为2 ps和15.41 ps。脉宽为2 ps的激光器输出脉冲中心波长为1979 nm，重频15.37 MHz，阈值泵浦功率约为3.93 W，输出平均功率为13.696 mW；脉宽为15.84 ps的激光器输出脉冲中心波长为1969.9 nm，重频9.07 MHz，阈值泵浦功率为3.76 W，输出平均功率为8.56 mW。其次，以上述两种锁模脉冲光纤激光器为种子源，搭建主振荡功率放大系统（MOPA），对脉冲进行放大。由于峰值功率的增加，放大后脉宽为2 ps的脉冲光谱在MOPA系统中预展宽，谱宽超过250 nm，输出功率达到613.3 mW，单脉冲能量放大了65倍；脉宽为15.84 ps的脉冲放大后，光谱谱宽也增加至175 nm，输出平均功率为308.3 mW，单脉冲能量放大37.3倍。
　　⑶在上述实验的基础上，采用经过放大的不同脉冲分别泵浦ZBLAN光纤和As2S3光纤，实现高功率中红外超连续谱输出。放大2 ps锁模脉冲泵浦ZBLAN光纤，产生了光谱覆盖1950~2400 nm的中红外超连续谱，输出平均功率为149 mW；放大的脉宽为15.84 ps的锁模脉冲泵浦ZBLAN光纤，实现了光谱覆盖1940~2400nm以上的中红外超连续谱，输出平均功率为104.2mW；采用单模As2S3光纤作为非线性光纤，当采用放大的2ps脉冲泵浦时，产生了光谱范围为1950~2300nm的中红外超连续谱，输出平均功率为182.8mW；而当采用放大的脉宽为15.84 ps脉冲泵浦时，由于峰值功率不够高，光谱展宽范围很小，只有大约50nm，输出平均功率为67.9mW。

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第一章 绪论

1.1超连续谱

1.2超连续谱的应用

1.3超连续谱的发展现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 基于氟化物光纤超连续谱产生的理论研究

2.1 引言

2.2 理论模型

2.3 参数优化

2.4 小结

第三章 放大的2μm混合锁模光纤激光器的实验研究

3.1 引言

3.2 基于NPR和SWCNT的混合被动锁模光纤激光器

3.3 基于2 微米混合锁模光纤激光器的MOPA放大系统

3.4 本章小结

第四章 基于软玻璃光纤的中红外超连续谱产生

4.1 引言

4.2 ZBLAN光纤中超连续谱的产生

4.3 硫化物光纤中超连续谱的产生

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的成果