高峰值功率超短脉冲产生和放大系统的研究

摘要

伴随超短脉冲在各个领域的应用，人们对于超短脉冲的峰值功率和脉宽有了越来越高的要求，因此对超短脉冲的产生和放大技术的研究具有深远的科学意义和实用价值，在国内外也备受瞩目。
　　与此同时，自相似脉冲凭借其独特的传输特性吸引了越来越多的注意。这种具有抛物线形状的脉冲可以很好的抵御光波发生分裂，并且其具有的严格的线性啁啾使其易于压缩从而获得峰值功率更高的超短脉冲。另外，自相似脉冲的演化仅取决于初始脉冲的能量和光纤的参数，且在传输过程中能量没有损耗，初始脉冲的能量都将全部转化在自相似脉冲中。本文主要针对自相似锁模光纤激光器和自相似脉冲放大展开研究，具体内容如下:
　　(1)利用光纤的色散和非线性等相关理论，通过分步傅里叶方法数值求解非线性薛定谔方程，建立了自相似锁模激光器和自相似脉冲放大的数学模型并进行了理论分析。为后面的进一步研究提供了理论依据。
　　(2)对孤子锁模光纤激光器和色散管理孤子锁模光纤激光器的特点进行了对比，利用可饱和吸收体(Saturable Absorber，SA)实现锁模，色散补偿光纤(Dispersion Compensating Fiber，DCF)和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)共同提供正常色散，掺铒光纤(Erbium-doped Fiber，EDF)作为增益光纤，对自相似锁模光纤激光器进行仿真，得到了稳定的激光脉冲输出。
　　(3)建立了自相似脉冲放大的理论模型，通过保持其他参数不变只调节一个参数变化的方式，利用MATLAB进行仿真，分析了初始脉冲峰值功率、脉冲宽度、初始脉冲波形、拉曼增益和光纤长度对自相似脉冲演化的影响。
　　(4)将自相似脉冲演化用于脉冲放大和压缩系统，通过不同的光纤组合设计了四种腔外脉冲放大压缩方案，每种方案又分别采用了非光纤色散补偿和全光纤系统压缩两种压缩方式，并对四种方案最终得到的脉冲峰值功率和脉宽以及各自特点进行了分析。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 超短脉冲概述

1．1．1 超短脉冲的特点和应用

1．1．2 超短脉冲激光的产生和发展

1．2 锁模光纤激光器的分类

1．3 光纤放大器的概述

1．3．1 光纤放大器的分类

1．3．2 光纤拉曼放大器的基本种类和发展

1．4 脉冲放大技术

1．4．1 啁啾脉冲放大技术

1．4．2 自相似脉冲放大

1．4．3 脉冲压缩技术

1．5 本文结构安排

2 脉冲在光纤中的理论研究

2．1 光纤中的色散和非线性

2．1．1 光纤中的色散

2．1．2 光纤中的非线性

2．2 脉冲在光纤中的传输方程

2．2．1 脉冲的基本传输方程

2．2．2 广义非线性薛定谔方程

2．2．3 计算方法

2．3 自相似脉冲放大基本理论

2．4 本章小结

3 自相似被动锁模光纤激光器

3．1 锁模的机理

3．2 可饱和吸收体

3．2．1 半导体可饱和吸收镜

3．2．2 非线性偏振旋转

3．2．3 非线性光纤环形镜

3．3 锁模光纤激光器

3．3．1 孤子锁模光纤激光器

3．3．2 色散管理孤子锁模光纤激光器

3．4 自相似锁模光纤激光器

3．4．1 理论模型

3．4．2 自相似锁模激光器数值仿真和分析

3．5 本章小结

4 自相似脉冲放大和压缩的研究

4．1 拉曼放大器的原理和基本结构

4．2 自相似脉冲放大的数值仿真和分析

4．2．1 输入脉冲峰值功率对自相似脉冲放大的影响

4．2．2 输入脉冲宽度对自相似脉冲放大的影响

4．2．3 初始脉冲形状对自相似脉冲放大的影响

4．2．4 拉曼增益对自相似脉冲放大的影响

4．2．5 光纤长度对自相似脉冲放大的影响

4．3 自相似脉冲放大和压缩系统的设计和分析

4．3．1 基于DCF+SMF的放大压缩

4．3．2 基于小拉曼增益系数的DCF+S姗的放大压缩

4．3．3 基于正常色散EDF+S姗的放大压缩

4．3．4 基于反常色散EDF+DCF的放大压缩

4．3．5 方案对比和分析

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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