超快光纤激光器锁模临界态瞬时光谱特性研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:donny_zhu
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超快脉冲在光通信、生物医学、光谱学、材料加工等领域均有重要的应用前景,因而受到广泛关注。被动锁模光纤激光器作为一种结构简单、性能优良的超快脉冲光源,近十数年来得到了广泛而深入的研究,多种超快光纤激光器被动锁模技术相继出现,典型的有非线性偏振旋转技术(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)、非线性放大环形镜技术(Nonlinear Amplifying Loop Mirror, NALM)、真实可饱和吸收体(Saturable Absorber, SA)等。  除产生超短脉冲外,被动锁模光纤激光器还可以提供一种研究孤子动力学过程的理想平台。近年来,学界在光纤激光器中发现了多种孤子动力学现象,如怪波、矢量孤子、耗散孤子共振等。其中,激光器中的超快脉冲演化的动力学过程研究尤其受到关注。超快脉冲的形成是腔内纵模在兆赫兹量级周期里的连续演化,且激光器运转的每圈都呈现唯一、不可重现的时域与光谱特征。在此快速、不可重复的动态过程中,基于多次平均测量光信号的传统光学测量手段遭遇瓶颈,典型如基于CCD/CMOS的光谱仪,只能以秒量级的扫描周期获取平均光信号。  色散傅里叶变换技术(Dispersive Fourier Transformation,DFT)提供了一种解决此难题的可行思路。DFT技术是利用色散介质对皮/飞秒量级的超快脉冲进行展宽,转变为纳秒量级信号。由于色散,锁模脉冲将在时域上被展宽为对应的光谱轮廓,并被高速光电转换器与大带宽示波器收集。这种技术的扫描速率等于锁模脉冲的重复率,可以达到兆赫兹级别,从而记录激光器每个运转周期里的输出光谱与时域特征。  本文以超快被动锁模光纤激光器为平台,利用DFT,对被动锁模光纤激光器中锁模脉冲的建立过程进行了实验研究,主要内容包括:  1、回顾了被动锁模光纤激光器、光纤激光器中的孤子动力学研究历程。搭建了基于NPR技术的飞秒量级被动锁模脉冲光纤激光器,获得了脉宽为618fs、重复频率11.68Mhz的锁模脉冲。  2、简述了DFT的基本原理与发展概况,并将该技术运用于被动锁模光纤激光器中。通过调整腔内参数,我们观察到光纤激光器从连续波演变为锁模脉冲的临界锁模状态,该状态在连续波状态下发生了能量的急剧增大,随后能量逐步降低,腔内演化出典型的锁模脉冲。  3、继续调整腔内参数,获得锁模后失稳的临界锁模状态,该状态在获得典型锁模状态后发生失稳,频谱中心发生偏移,并伴随光谱各部分强度扰动。
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