新型被动调制纳秒脉冲全光纤双腔激光器理论及实验研究

《新型被动调制纳秒脉冲全光纤双腔激光器理论及实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中文图书分类号：TN248密级：公开UDC：535学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：新型被动调制纳秒脉冲全光纤双腔激光器理论及实验研究论文作者：金东臣学科：光学工程指导教师：王璞教授论文提交日期:2017年06月16日北京工业大学工学博士学位论文UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：TN248学号：B201313010密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：新型被动调制纳秒脉冲全光纤双腔激光器理论及实验研究英文题目：THEORICALANDEXPERI

2、MENTALRESEARCHOFNANOSECONDALL-FIBERDUAL-CAVITYLASERBASEDONNOVELPASSIVEMODULATION论文作者：金东臣学科专业：光学工程研究方向：能量光电子技术与系统申请学位：工学博士指导教师：王璞教授所在单位：激光工程研究院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

3、得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：金东臣日期：2017年06月16日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：金东臣日期：2017年06月16日导师签名：王璞日期：2017年06月16日摘要摘要纳秒脉冲光纤

4、激光器由于结构简单、峰值功率高、单脉冲能量大等优点，在激光加工、激光测距、生物医疗检测、军事国防等领域具有重要应用。光纤激光器获得纳秒脉冲输出的传统途径是通过主动调Q、被动调Q或增益开关等技术实现。近年来，全光纤脉冲激光器利用掺杂光纤作为可饱和吸收体进行被动调制得到广泛的关注和研究。不同于传统的半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯薄膜、体块状晶体等可饱和吸收体，光纤可饱和吸收体能够实现真正意义上的全光纤结构，避免空间元器件的使用，减小谐振腔的损耗，易于集成，且成本低廉，能够实现一种紧凑、稳定、可靠的激光光源。然而，

5、光纤可饱和吸收体用于被动调制产生脉冲激光时存在脉冲宽度比较宽、时间抖动和振幅抖动比较严重等问题，本课题致力于从理论和实验方面研究这种基于光纤可饱和吸收体的被动调制脉冲产生机制，结合新型的全光纤双腔设计，实现高功率纳秒脉冲激光的振荡器直接输出，并将这种脉冲产生技术推广到不同波段脉冲激光器的研制，这将对于高功率纳秒脉冲激光器的研究具有重要意义。本论文中具体的研究工作主要包括：1.全光纤纳秒脉冲双腔激光器数值模拟与动力学分析基于速率方程和传输方程，建立全光纤纳秒脉冲双腔激光器理论模型，研究全光纤双腔激光器的工作机理及其动

6、力学过程。该激光器理论模型采用线形腔结构，谐振腔由光纤布拉格光栅和双包层掺杂光纤组成。这种脉冲产生机制主要利用光纤的可饱和吸收特性实现，同时结合双谐振腔的相互作用实现高功率纳秒脉冲的振荡器直接输出。此外，通过分析该激光器内部的动力学过程，深入研究腔内反转粒子数、泵浦激光和内外腔激光在不同位置、不同时刻的时域和强度演化过程，进而分析激光谐振腔参数设计与脉冲输出性能的关系。2.高功率掺镱全光纤纳秒脉冲双腔激光振荡器实验研究及理论分析在1μm波段，利用中心波长为976nm的半导体激光器作为泵浦源，采用掺镱双包层光纤作为增

7、益介质和可饱和吸收体，利用光纤布拉格光栅对构成双谐振腔，分别研制不同腔型设计（线型双腔和环型双腔）、不同工作波长搭配（1033nm、1040nm、1050nm、1060nm、1080nm等）、不同光纤芯径方案（芯径7μm、10μm、20μm）的全光纤纳秒脉冲激光振荡器，能够分别实现最窄脉冲宽度<50ns，最大平均输出功率>20W，最大单脉冲能量0.48mJ的稳定纳秒脉冲振荡器直接输出，并对该类脉冲激光器进行稳定性测试，包括时间抖动、峰峰值抖动和信噪比测试等。此外，结合线偏振激光的产生技术，采用全保偏结构设计并研制—

8、I—北京工业大学工学博士学位论文1μm波段线偏振输出的纳秒脉冲光纤激光器，能够实现瓦级平均功率，脉冲宽度<200ns，偏振消光比>15dB的稳定脉冲输出。3.1570nm铒镱双掺全光纤纳秒脉冲双腔激光振荡器基于光纤可饱和吸收体和双谐振腔结构设计，将该脉冲产生机制进行波长拓展，在1.5μm波段采用包层泵浦的线型双腔结构，利用单模双包层铒镱双掺光纤作为增益介质和