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掺铒锁模光纤激光器输出特性与相干性研究

摘要

随着超快光学技术的发展，超短脉冲已被广泛应用于材料加工、生物成像、激光通

信、激光传感等领域，孤子脉冲是在谐振腔内通过非线性效应与色散效应平衡而形成的，

谐振腔内的色散条件、小信号增益的强度，偏振片的角度等都会对孤子脉冲的稳定性产

生影响，因此，研究孤子脉冲的时域和频域演化过程，以及孤子脉冲的形成过程中的内

部动力学过程具有较高的理论和实际应用价值。本论文的主要研究内容如下：

本论文基于非线性偏振旋转（NonlinearPolarizationRotation,NPR）方案对1550nm

掺铒锁模光纤激光器进行仿真。针对小信号增益的大小与腔内色散的改变对传统孤子的

脉冲输出特性进行分析，计算出传统孤子脉冲稳定的增益范围，通过对小信号增益强度，

腔内色散等调整，发现可以形成各种不同特点的光谱边带，同时数值模拟了具有不同滤

波带宽的光谱滤波器对孤子脉冲的影响，发现滤波带宽越窄的光谱滤波器效果越好，但

是，滤波带宽越小的光谱滤波器对时域脉冲的影响越大，会增大脉冲的宽度，降低脉冲

的峰值功率，因此针对不同特点的孤子脉冲需要选择合适的滤波带宽的光谱滤波器才能

最低限度的降低对孤子脉冲的影响。

在传统孤子脉冲的基础之上，分析了准相干孤子脉冲的输出特性，并且提出了一种

实现准相干孤子脉冲的新方法。通过旋转偏振分束器的角度使传统孤子脉冲向准相干孤

子脉冲转变，计算了准相干孤子脉冲的相干度变化，分析小信号增益的大小与旋转不同

的偏振分束器角度下，准相干孤子脉冲相干度变化的联系。传统孤子内每相邻的两个脉

冲是完全相干的，但准相干孤子脉冲的相干度存在变化趋势，这是准相干孤子脉冲所具

有的特点。

关键词：掺铒光纤激光器；传统孤子脉冲；准相干孤子脉冲；光谱边带

掺铒锁模光纤激光器输出特性与相干性研究

Abstract

Withthedevelopmentofultrafastopticaltechnology,ultrashortpulseshavebeenwidely

usedinmaterialsprocessing,biologicalimaging,lasercommunication,lasersensingandother

fields.Solitarypulsesareformedinaresonantcavitythroughthebalanceofnonlinearand

dispersioneffects.Thedispersionconditionsintheresonantcavity,thestrengthofsmallsignal

gain,andtheangleofthepolarizercanallaffectthestabilityofsolitonpulses.Therefore,

studyingthetimeandfrequencydomainevolutionprocessofsolitonpulses,aswellasthe

internaldynamicprocessduringtheformationprocessofsolitonpulses,hashightheoretical

andpracticalapplicationvalue.Themainresearchcontentofthispaperisasfollows:

ThispaperisbasedonNonlinearPolarizationRotation,TheNPRschemeisusedto

simulatea1550nmerbium-dopedmode-lockedfiberlaser.Ananalysiswasconductedonthe

pulseoutputcharacteristicsoftraditionalsolitonsbased