【摘 要】
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2μm波段激光处于人眼安全波段,水吸收强烈,大气传输损耗较低,广泛应用于生物医疗、材料加工和环境监测等领域。近年来,2μm掺铥光纤激光器的研究重点主要集中于掺铥光纤激光器的输出功率、波长可调谐范围、单频输出和脉冲能量。在实现2μm大能量脉冲方面,耗散孤子共振锁模(DSR)脉冲的宽度较宽,其脉冲能量提升空间更大,通常可以达到数百纳焦。但目前2μm波段的DSR锁模主要在基于非线性放大环形镜锁模(NOL
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2μm波段激光处于人眼安全波段,水吸收强烈,大气传输损耗较低,广泛应用于生物医疗、材料加工和环境监测等领域。近年来,2μm掺铥光纤激光器的研究重点主要集中于掺铥光纤激光器的输出功率、波长可调谐范围、单频输出和脉冲能量。在实现2μm大能量脉冲方面,耗散孤子共振锁模(DSR)脉冲的宽度较宽,其脉冲能量提升空间更大,通常可以达到数百纳焦。但目前2μm波段的DSR锁模主要在基于非线性放大环形镜锁模(NOLM)的“σ”形腔或“8/9”字形腔中实现的,而对于真实可饱和吸收体和线型腔的研究极少。半导体可饱和吸收镜(SESAM)在制备过程中可以灵活调控其饱和参数,对进一步开展DSR脉冲的研究和优化有着重要的意义。因此本论文以掺铥光纤激光器为研究对象,在理论上建立了DSR锁模仿真模型,并在实验中实现了基于SESAM锁模的DSR脉冲输出,脉冲能量获得了较大的提升,最后通过对谐振腔进行色散管理,进一步研究了光纤激光器的色散参数对其输出性能的影响。本论文主要研究工作包括:1、从理论上研究了DSR脉冲在光纤激光器中的锁模原理和输出特性,基于金茨堡朗道方程对2μm耗散孤子共振锁模掺铥光纤激光器建立了理论模型并进行数值仿真,仿真结果展示了激光在谐振腔内逐渐实现DSR脉冲的过程,进一步证明了可饱和吸收体的反饱和吸收效应是形成DSR脉冲的关键因素。2、普通光纤激光器产生的锁模脉冲受到的非线性效应较高,在高增益下容易发生脉冲分裂现象,其脉冲能量较低,一般在1 nJ左右。我们搭建了一个基于SESAM锁模的2μm掺铥光纤激光器,通过对实验方案进行优化,实现了中心波长为2003 nm的大能量脉冲输出,脉冲能量为5.07 nJ,对应的输出功率为55.8 mW,同时进一步在实验中观察到孤子分子现象。3、反饱和吸收效应在DSR脉冲的产生过程中有着重要的影响,目前2μm波段的DSR锁模光纤激光器大多数都是基于NOLM锁模技术实现的,对于真实可饱和吸收体的报道较少。本文利用SESAM中由双光子吸收产生的反饱和效应,并对掺铥脉冲激光器进行色散管理,在大正色散值条件下实现了基于SESAM锁模的DSR脉冲输出,最大能量为61.27 nJ。最后得出结论:DSR脉冲光纤激光器腔内的净色散值越大时,脉冲分裂阈值越高,脉冲能量越高。
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