用于全光纤CARS激发源的斯托克斯光脉冲产生方法研究

摘要

相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS）显微成像技术是一种无标记光学非线性成像技术，由于具有非侵入、信号强和三维层析能力，在生命科学领域有很好的发展前景。但传统基于Ti：Sapphire脉冲激光器的空间光学型CARS系统结构庞大、稳定性差、价格昂贵并且需要专人维护，限制了其推广应用。为克服这一问题，本文开展了便携、稳定CARS激发源研究，分别从皮秒锁模脉冲种子源、放大和斯托克斯光产生完成了以下工作：
　　(1)进行了窄线宽、低重复频率和无色散管理的全光纤皮秒锁模脉冲种子源的理论研究。数值仿真分析了腔内脉冲的演化过程，研究了腔长和光纤光栅带宽对脉冲稳定性和脉冲宽度的影响。
　　(2)建立全光纤皮秒锁模脉冲种子源实验系统，对腔长和泵浦功率的影响进行了实验研究，在腔长为24.1m时，成功产生86ps的稳定光脉冲，其线宽为0.04nm，重复频率4.3MHz，输出功率为3mW。
　　(3)采用单模高掺镱光纤和双包层掺镱光纤进行了预放大级和主放大级研究，测试了输出功率随泵浦功率增长曲线，种子源经放大后输出功率为2.34W，峰值功率达6kW。分析并测试了放大自发辐射(Amplified spontaneous emission，ASE)噪声强度，选用前向泵浦可以有效降低噪声干扰。
　　(4)研究了三种光子晶体光纤的四波混频和受激拉曼相互作用现象，产生了用于CARS探测的斯托克斯光，产生的光谱带宽为3nm，理论探测400~800cm-1的分子振动能级。

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第一章 绪论

1.1 CARS显微成像和光谱技术研究进展

1.1 全光纤CARS显微成像技术

1.2 光纤锁模脉冲产生技术

1.3 光纤放大技术

1.4 本文研究的内容

第二章 全光纤CARS激发源系统研究

2.1 可饱和吸收反射镜结构性能分析

2.2 窄线宽、低重复频率锁模脉冲种子源分析

2.3 皮秒脉冲预放大与主放大结构研究

2.4 用于全光纤CARS激发源中斯托克斯光产生方法

2.5 本章小结

第三章 光纤CARS激发源中的皮秒锁模脉冲种子源研究

3.1 皮秒脉冲在光纤中的传输

3.2 基于SESAM的光纤皮秒锁模脉冲种子源模型

3.3 皮秒脉冲形成过程仿真

3.4 皮秒锁模脉冲种子源的腔长和FBG线宽对输出稳定性的影响

3.5 实验系统搭建与测试方法

3.6 腔长和泵浦功率改变对皮秒锁模脉冲种子源输出特性影响

3.7 本章小结

第四章 光纤CARS激发源中的皮秒脉冲预放大级与主放大级研究

4.1 镱离子光谱特性

4.2 高功率掺镱光纤放大器技术分析与研究

4.3 皮秒脉冲光纤放大系统实验结果与分析

4.4 皮秒脉冲光纤放大中ASE噪声研究

4.5 本章小结

第五章 基于光子晶体光纤四波混频产生CARS激发源研究

5.1 受激拉曼散射

5.2 四波混频

5.3 光子晶体光纤及非线性参数

5.4 光子晶体光纤中四波混频分析

5.5 光子晶体光纤结构参数与四波混频仿真计算

5.6 实验系统搭建与结果分析

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢