耗散孤子光纤激光器的特性研究-光学工程专业论文.docxVIP

摘要 I 摘 要 单脉冲能量是被动锁模光纤激光器的一项重要指标，为了能够大幅度提高锁 模光脉冲的能量，人们提出了各种光纤激光器方案。近年来，工作在正色散区的 耗散孤子锁模光纤激光器引起了研究人员的广泛关注。与传统孤子相比，耗散孤 子具有完全不同的脉冲形成机制和物理特性，它可以突破传统孤子所受到的能量 限制，有效克服光波分裂，从而实现更高能量的锁模脉冲输出，因此，研究耗散 孤子光纤激光器具有重要的科学意义和应用价值。 本文主要研究内容和结果如下： 首先，构建了正色散腔非线性偏振旋转（NPR）被动锁模掺铒光纤激光器， 实验获得了稳定的耗散孤子锁模脉冲，其中心波长、光谱宽度、脉冲宽度和重复 频率分别为 1570.1 nm、22 nm、4.48 ps 和 2.322 MHz，脉冲具有强烈的啁啾。此 外，通过调节泵浦功率和偏振控制器，实验观察到了由调制不稳定性导致的耗散 孤子光谱边带，并利用调制不稳定性边带特性与色散的关系，估算出了腔内净色 散。通过优化谐振腔结构，获得了 2 到 7 阶的谐波锁模耗散孤子脉冲，分析了谐 波锁模脉冲形成的物理机制。此外，实验还观察到了束缚态耗散孤子。 其次，采用“脉冲跟踪”法对正色散腔 NPR 被动锁模光纤激光器进行数值仿 真研究。数值模拟了激光器谐振腔内光脉冲的形成和演化过程，分析了光脉冲在 谐振腔内的偏振演化特性，讨论了激光器的工作参数对输出脉冲特性的影响。另 外，数值仿真了激光器输出的耗散孤子在腔外负色散光纤中的脉冲压缩过程，通 过优化光纤长度，将皮秒耗散孤子脉冲压缩至 370 fs。 最后，数值模拟研究了基于石墨烯的正色散腔被动锁模光纤激光器中耗散孤 子的矢量特性。通过改变谐振腔内光纤的双折射拍长，仿真得到了不同偏振旋转 锁定周期的偏振旋转锁定矢量耗散孤子，研究了其在腔内的偏振态演化过程，并 与已报道的实验结果进行了对比分析。另外，通过改变谐振腔内的双折射拍长和 小信号增益系数，仿真还得到了偏振锁定矢量耗散孤子。数值研究表明，偏振旋 转锁定矢量耗散孤子和偏振锁定矢量耗散孤子是谐振腔内线性双折射和非线性双 折射共同作用的结果。 关键词：光纤??光器，超短脉冲，耗散孤子，被动锁模 ABSTRACT II ABSTRACT The single pulse energy is an important indicator of passively mode-locked fiber lasers. Various programs and structures have been proposed to improve the energy of mode-locked optical pulse. In recent years, the dissipative soliton mode-locked fiber lasers operated in the normal dispersion regime have attracted great interest of researchers. The dissipative solitons show quite different pulse forming mechanism and physical characteristics from other conventional solitons. It can break through the energy limit of traditional solitons without wave breaking, and achieve higher energy of mode-locked pulse output. Therefore, it is of great scientific and practical importance to study on dissipative soliton fiber lasers. The main contents and results of this dissertation are as follows: Firstly, a normal-dispersion erbium-dopped mode-locked fiber laser is constructed by using the NPR technique. Stable dissipative solition pulses with central wavelength, spectral width, pulse duration, and repetition rate of 1570.1 nm, 22 nm, 4.48 ps, and 2.322 MHz