掺镱光纤超短脉冲激光器的研究

摘要

本文首先从介绍光纤激光器特点和发展趋势引出了研究超短脉冲光纤激光器的意义和超短脉冲光纤激光器的技术方案、应用情况、发展趋势以及ICF(激光惯性约束核聚变)前端系统国内外发展现状和趋势。 接着介绍了光纤激光器的结构与原理和掺镱光纤激光器的理论，探讨了Yb<'3><'+>离子的能级结构、光谱特性和四能级速率方程。 进一步介绍了掺镱光纤超短脉冲激光器锁模技术和脉冲压缩技术。锁模技术中常用锁模方法：主动锁模、被动锁模和混合锁模；在简单介绍了锁模方程后，分析并比较了两种被动锁模技术典型结构：8字形腔锁模光纤激光器和单光纤环锁模光纤激光器。在脉冲压缩技术中主要介绍脉冲压缩技术的压缩机制、光纤光栅的结构和分类，重点分析了两种光脉冲压缩技术：光纤-光栅对压缩器和孤子效应压缩器。 在此基础上重点介绍了本论文研制的掺镱光纤超短脉冲激光器的详细设计，包括光路的设计和控制系统的设计。光路设计部分分为锁模激光器光路和脉冲压缩器光路，锁模激光器光路由单光纤环腔和两级放大光路组成，脉冲压缩器是光栅对，在光路设计中重要的是计算出腔体增益、重复频率、输出功率和光栅对垂直距离等参数。控制系统部分设计主要是利用单片机监控技术，自动检测和控制4个泵浦激光器的温度和输出功率，达到恒温和稳功率输出的目的。fs脉冲的测量是掺镱光纤超短脉冲激光器实现后至关重要的工作，论文介绍了fs脉冲测量原理并利用自相关仪测出了100fs级的光脉冲输出。同时论文给出了掺镱光纤超短脉冲激光器测试结果的数据和图片。

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摘要

第一章 引言

1.1光纤激光器的特点

1.2光纤激光器的应用情况和发展趋势

1.3研究超短脉冲光纤激光器的意义

1.4超短脉冲技术的国内外发展

1.5 ICF及ICF前端系统国内外发展现状和趋势

1.5.1 ICF和高功率激光

1.5.2 ICF前端系统国内外发展现状及趋势

1.6本论文的章节安排

第二章 掺镱光纤激光器的理论

2.1光纤激光器的结构与原理

2.1.1光纤激光器的结构

2.1.2光纤激光器的原理

2.2掺镱光纤激光器的理论

2.2.1 Yb3+离子的能级结构和光谱特性

2.2.2速率方程

2.3本章小结

第三章 掺镱光纤脉冲激光器锁模技术研究

3.1锁模的机理

3.2锁模的方法

3.2.1主动锁模

3.2.1被动锁模

3.2.1混合锁模

3.3锁模方程

3.4被动锁模技术典型结构分析

3.5本章小结

第四章 掺镱光纤超短脉冲激光器脉冲压缩技术

4.1脉冲压缩物理机制

4.2光纤光栅的介绍

4.2.1光纤光栅的结构和分类

4.3光脉冲压缩技术

4.4本章小节

第五章 掺镱光纤超短脉冲激光器的实现

5.1掺镱光纤超短脉冲激光器的设计

5.1.1掺镱光纤超短脉冲激光器的光路设计

5.1.2掺镱光纤超短脉冲激光器的电路设计

5.2掺镱光纤超短脉冲激光器的测量

5.3掺镱光纤超短脉冲激光器的实验数据

5.3.1测试数据

5.3.2测试图片和设备实物照片

5.4本章小节

第六章 结论和展望

6.1结论

6.2存在的问题和今后努力的方向

参考文献

致谢