非线性偏振旋转锁模光纤激光器的理论研究

摘要

随着光通信技术的快速发展，以密集波分复用(DWDM)技术和光时分复用(OTDM)技术为核心的第二代全光通信网络，已经开始受到国内外的广泛关注。未来的光通信系统将向着超大容量、高速、超宽带宽的方向发展，能够为其提供超短脉冲光源的技术成为关键。在超短脉冲技术中，最常被采用的是锁模技术，它分为主动锁模、被动锁模和混合锁模。非线性偏振旋转(NPR)锁模激光器是被动锁模的一种，与其他锁模激光器相比，其结构简单，无须外界信号调制，可实现自锁模，输出脉冲较窄，具有优越的工作性能。非线性偏振旋转锁模激光器的这些特点使其在光通信、光传感等领域具有重要的应用价值。
　　本文基于对NPR锁模激光器的研究，以建立更为完整、细致的理论模型，并能够详细分析其工作性能为主要目的，进行了如下几项工作内容:
　　(1)介绍了锁模激光器的研究背景、发展进程、主要类型及特点，对其工作原理进行分析与理论推导，简要阐述了其产生超短脉冲的时域与频域过程。
　　(2)对NPR锁模激光器的理论基础进行分析，详细推导了掺铒光纤自发辐射的场强表达式，基于场的传输方程，在x和y两个垂直偏振方向，对掺铒光纤和普通单模光纤分别采用数值化方法和分步傅里叶方法进行求解，对其他器件采用传输矩阵的方法，整合并建立理论模型。
　　(3)通过数值仿真详细分析了各器件的工作特性，如掺铒光纤的增益曲线、弛豫时间、色散与非线性的传输特性、偏振态的旋转特性等，为NPR锁模光纤激光器理论模型数值仿真的参数选择提供了参考。
　　(4)对NPR锁模激光器产生超短脉冲的过程进行数值仿真，对泵浦功率、非线性系数、色散系数等激光器设计参数对输出脉冲特性的影响进行分析，以充分了解其工作特性，为进一步的实验研究提供参考依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 光纤激光器的发展概况

1．2 超短脉冲技术的研究概况

1．3 锁模光纤激光器的研究进展

1．4 锁模光纤激光器的基本结构与工作原理

1．4．1 锁模光纤激光器的工作原理

1．4．2 锁模脉冲的形成过程

1．4．3 锁模光纤激光器的实现方式

1．4．4 NPR锁模激光器的研究进展

1．5 本论文的主要研究内容

2 NPR锁模光纤激光器的理论基础

2．1 激光产生的基本原理

2．1．1 光与粒子的相互作用

2．1．2 增益介质的能级结构

2．1．3 行波速率方程

2．2 谐振腔的模式选择

2．3 光脉冲在光纤中的传输特性

2．3．1 群速度色散对脉冲传输的影响

2．3．2 自相位调制对脉冲传输的影响

2．3．3 光纤传输中的偏振态

2．4 NPR锁模光纤激光器原理

2．4．1 NPR锁模激光器的结构与原理

2．4．2 NPR锁模激光器的锁模过程

2．5 本章小结

3 NPR锁模光纤激光器的理论模型与数值化方法

3．1 NPR锁模激光器的模型介绍

3．2 掺铒光纤行波速率方程的数值化及仿真

3．2．1 动态传输方程

3．2．2 数值化方法

3．2．3 数值仿真与特性分析

3．3 非线性传输方程的数值化及仿真

3．3．1 分布傅里叶方法

3．3．2 数值仿真与特性分析

3．4 偏振器件与输出耦合器的传输矩阵

3．5 本章小结

4 NPR锁模光纤激光器的数值仿真

4．1 数值仿真的正确性验证

4．2 掺铒光纤参数对脉冲的影响

4．3 光纤色散对脉冲的影响

4．4 非线性对脉冲的影响

4．5 输出耦合比对脉冲的影响

4．6 本章小结

5 总结

参考文献

作者简历

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