有理谐波锁模光纤激光器的研究

摘要

在物理研究和光通信领域中，高速超短脉冲光源都有着相当重要的作用。与传统的主动锁模光纤激光器相比，有理数谐波锁模技术能突破调制频率的瓶颈，是一种获得高重复频率超短脉冲光源的有效方法，近年来其在理论和实验方面的发展都十分迅速。
　　本文全面深入地分析了有理数谐波锁模技术的原理，并通过建立系统的理论模型，对其进行数值仿真;较为详细的分析了有理数谐波锁模激光器中脉冲的传输和输出特性;针对有理数谐波锁模技术的难点问题，进行了详细的理论分析及数值仿真研究。
　　论文的主要内容包括以下几点:
　　(1)简要介绍了锁模光纤激光器的分类、工作原理、特点及其发展历史和研究现状。
　　(2)在讨论锁模光纤激光器基本理论的基础上，分析了典型的基于调制器的主动锁模光纤激光器的运行机理和工作特性。
　　(3)利用非线性传输方程分析光脉冲在普通单模光纤中的传输，并采用迭代的对称分步傅里叶方法对其进行数值化。利用行波速率方程考虑脉冲在掺铒光纤放大器中的传输，采用分步行波方法在时间-空间域上对动态的行波速率方程进行数值求解。建立起适合于仿真研究的锁模脉冲传输模型，这一模型全面地考虑了光脉冲在激光器中的放大、非线性效应、色散以及损耗等各个方面的影响，能够准确地模拟出光脉冲在锁模光纤激光器中的传输过程，使得系统的仿真分析成为可能。
　　(4)根据有理数谐波主动锁模光纤激光器的工作原理和已经建立起的数值模型，在时域和频域上对在有理数谐波锁模激光器内传输的光脉冲进行仿真。对仿真结果进行了详细的分析，对比了传统主动锁模，谐波锁模和有理数谐波锁模的输出，分析了阶数、谐波次数以及失谐分子数等各个参数对有理数谐波锁模脉冲的影响，总结出有理数谐波锁模脉冲的特点。
　　(5)对有理数谐波锁模技术中脉冲幅度均衡性问题进行研究。分析了有理数谐波锁模激光器脉冲幅度不均衡的原因;利用改变调制器参数的方法，简单有效地实现了有理数谐波锁模脉冲幅度的均衡化。仿真并分析了这种均衡方法对输出的锁模脉冲的影响，以及均衡后的锁模脉冲的特点。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究锁模光纤激光器的目的与意义

1．2 锁模光纤激光器的发展

1．3 锁模光纤激光器的分类

1．3．1 主动锁模光纤激光器

1．3．2 被动锁模光纤激光器

1．3．3 主被动混合锁模光纤激光器

1．4 本文的主要工作

2 锁模光纤激光器的基本原理与结构

2．1 激光器的输出特性

2．2 锁模激光器的基本原理

2．2．1 光波锁模的理论分析

2．2．2 锁模的工作原理和特征

2．3 典型主动锁模光纤激光器

2．3．1 基于调制器的主动锁模光纤激光器基本结构

2．3．2 基于调制器的主动锁模光纤激光器的工作原理

2．4 本章小结

3 锁模脉冲的传输模型及数值化

3．1 非线性传输方程的数值化分析

3．1．1 分步傅里叶方法

3．1．2 对称分步傅里叶方法

3．1．3 迭代的对称分步傅里叶方法

3．2 行波速率方程数值化分析

3．2．1 行波速率方程基本理论

3．2．2 行波速率方程的动态模型

3．2．3 行波速率方程的数值化

3．3 锁模光纤激光器的数值模型

4 有理数谐波锁模激光器的原理及仿真

4．1 有理数谐波锁模激光器的基本原理

4．2 仿真参数设置

4．3 有理数谐波锁模激光器仿真及结果分析

4．3．1 有理数谐波锁模时域仿真分析

4．3．2 有理数谐波锁模频域仿真分析

4．4 本章小结

5 有理数谐波主动锁模激光器均衡性的研究

5．1 有理数谐波锁模激光器脉冲幅度不均衡的原因

5．2 有理数谐波锁模激光器脉冲幅度均衡的方法

5．3 利用调制器实现有理数谐波锁模脉冲序列幅度均衡化

5．3．1 马赫—曾德尔调制器的调制特性

5．3．2 脉冲幅度均衡条件

5．3．3 仿真及分析

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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