基于SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的研究

摘要

光纤激光器以其低阈值、高功率、可靠性好、结构紧凑和散热性好等诸多优点，广泛应用于光通信、传感、航天、军事等领域。近十几年来，作为一种稳定可靠地超短脉冲激光光源，超短脉冲被动锁模光纤激光器得到了飞速的发展，它是利用光学非线性效应作为锁模机制，激光腔内无需任何主动器件。其中利用半导体可饱和吸收镜(SESAM—semiconductor saturable absorber mirror)来实现被动锁模的光纤激光器，具有体积小、稳定性高、自启动等优点，是近年来超短脉冲锁模光纤激光器的研究热点，应用前景非常广阔。
　　本论文主要围绕基于SESAM的被动锁模光纤激光器实现超短脉冲展开研究，建立了基于SESAM的被动锁模光纤激光器的数学模型，并利用分步傅立叶法(SSFM)实现了对该锁模光纤激光器系统的数值仿真，搭建了被动锁模光纤激光器的实验系统，实现了锁模输出，并分析了获得的仿真结果与实验结果，同时研究了泵浦功率、色散等因素对被动锁模掺铒光纤激光器的影响。主要工作包括:
　　1.分析了被动锁模光纤激光器的主要结构及其发展状况，对比了几种结构的优缺点;重点介绍了近年来基于SESAM被动锁模光纤激光器的发展现状;阐述了SESAM的工作原理、基本结构及主要的特性参数。
　　2.推导了光在光纤中传输的非线性薛定谔方程及其数值化方法;从掺铒光纤放大器(EDFA)的速率方程出发，用分步行波方法建立了铒光纤内光信号传输的数值模型;在此基础上，建立了基于SESAM的被动锁模光纤激光器的总体数值分析模型和相应的数值仿真程序。
　　3.应用所建立的数值仿真程序对基于SESAM的被动锁模光纤激光器进行了较为深入和全面的数值仿真研究，分析了锁模输出的光谱宽度和脉冲宽度随泵浦功率、色散、损耗等因素的变化。
　　4.搭建了基于SESAM的被动锁模光纤激光器实验系统，实现了重复频率为13.7MHz的稳定锁模激光输出，实验研究了不同泵浦条件下锁模激光器的输出光谱特性。由于实验条件的限制，实验中没有能够观测到真实的锁模脉冲波形和脉冲宽度。根据输出光谱所估算的锁模脉冲宽度约为0.8ps。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 被动锁模光纤激光器的分类

1．2．1 基于可饱和吸收体的被动锁模

1．2．2 基于非线性偏振旋转(NPR)的被动锁模

1．2．3 基于非线性光纤环形镜的被动锁模

1．3 被动锁模光纤激光器的发展概况

1．3．1 不同锁模类型被动锁模光纤激光器的国内外研究现状

1．3．2 基于SESAM的被动锁模光纤激光器的国内外研究情况

1．4 本论文的主要研究内容

2 SESAM概述

2．1 SESAM锁模原理

2．2 SESAM的基本结构

2．3 SESAM的特性参数

2．3．1 SESAM的微观特性

2．3．2 SESAM的宏观特性

2．3．3 SESAM非线性吸收作用的数学描述

2．4 本章小结

3 基于SESAM的被动锁模光纤激光器的理论分析

3．1 锁模激光器的基本结构和工作原理

3．2 光在光纤中传输的数学模型

3．2．1 光在光纤中的传输特性

3．2．2 光纤非线性传输方程的推导

3．2．3 传输方程的数值分析方法

3．3 EDFA的数学模型

3．3．1 辐射跃迁过程的物理基础

3．3．2 EDFA行波速率方程及数值化方法

3．4 基于SESAM被动锁模光纤激光器数学模型的建立

3．4．1 关于ASE场方程数值计算的考虑

3．4．2 各个物理过程的结合及模型的最终建立

3．5 仿真结果

3．5．1 数学模型仿真结果

3．5．2 泵浦功率对激光器特性的影响

3．5．3 光纤色散对输出特性的影响

3．5．4 非线性因子对输出特性的影响

3．5．5 损耗因子对输出特性的影响

4 基于SESAM的被动锁模掺铒光纤激光器的实验研究

5 结论

参考文献

作者简历

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