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基于非线性偏振旋转及波导阵列的光纤激光锁模研究

作　者: 杨旭
导　师: 杨昌喜
学　校: 清华大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤激光器被动锁模非线性偏振旋转波导阵列
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超短脉冲光纤激光光源由于其性能优越、价格低廉、结构紧凑、设计灵活,在光纤通信、光纤传感、精密加工、生物医学相关领域具有重要的应用。锁模器件是光纤激光器中获得超短脉冲的关键元件。本论文主要研究了非线性偏振旋转和利用波导阵列两种锁模机制,从理论分析、数值模拟和实验研究几个方面进行了探讨。其主要内容如下:1.论文简要回溯了光纤激光器的发展历程,介绍了主动、被动锁模机理,着重介绍了被动锁模光纤激光器的研究现状。2.分析了光纤激光器的工作原理。搭建了基于非线性偏振旋转的锁模光纤激光器,获得了较为稳定的连续锁模脉冲序列。其重复频率21.47MHz,脉宽670fs,中心波长位于1560nm的光谱-3dB带宽6nm。研究了孤子频谱边带,并观察到调Q、调Q锁模、多次谐波锁模等多种输出状态。3.引入决定波导阵列中现象的方程组,分析了在特殊条件或采取近似条件下,波导阵列中存在的离散衍射和离散自聚焦两种效应,并通过数值模拟得到了证实。另外通过数值模拟得到了不同参数的波导阵列对于超短脉冲的整形的效果影响。4.设计并联系加工了AlGaAs材料的波导阵列。其后搭建了一套测量波导阵列对超短脉冲压缩的实验装置,用自相关仪对超短脉冲经由波导阵列前后的脉宽进行测量。同时分析了实验中的损耗来源。5.回顾了整个论文工作,指出波导阵列与光纤的耦合是其应用于光纤激光器锁模的关键问题,提出了降低损耗的方案,供今后的研究工作参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 光纤激光器  9
  1.3 光纤激光器中的锁模机理  9-14
    1.3.1 主动锁模  10
    1.3.2 被动锁模  10-11
    1.3.3 非线性偏振旋转被动锁模  11
    1.3.4 波导阵列  11-14
  1.4 本论文的工作  14-16
第2章基于非线性偏振旋转锁模光纤激光器的研究  16-25
  2.1 本章概论  16
  2.2 光纤激光器工作原理  16-18
  2.3 光纤激光器实验  18-23
    2.3.1 激光器的结构  18-19
    2.3.2 激光器的参数测量  19-20
    2.3.3 频谱边带  20-21
    2.3.4 其它输出状态  21-23
  2.4 本章小结  23-25
第3章波导阵列理论及模拟  25-38
  3.1 本章概论  25
  3.2 波导阵列的基本描述方程  25-26
  3.3 不考虑非线性波导阵列方程组的解  26-27
  3.4 波导阵列方程组的渐近解  27-29
  3.5 波导阵列方程组的数值解  29-37
    3.5.1 模拟方法的介绍  31-32
    3.5.2 波导阵列方程组中系数的确定  32-33
    3.5.3 波导阵列方程组数值模拟结果  33-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章波导阵列的实验研究  38-55
  4.1 本章概论  38
  4.2 波导阵列设计加工  38-44
    4.2.1 模板的设计和制作  38-40
    4.2.2 材料的选取和生长  40-41
    4.2.3 利用模板对材料进行光刻  41-43
    4.2.4 刻蚀后的切割  43-44
  4.3 波导阵列的实验  44-52
    4.3.1 实验平台的搭建  44-46
    4.3.2 飞秒脉冲于波导阵列中的实验结果  46-52
  4.4 损耗分析  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章总结和展望  55-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
附录A 波导阵列方程组的Matlab 模拟程序  64-69
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  69

基于非线性偏振旋转及波导阵列的光纤激光锁模研究

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