高功率亚皮秒量级全光纤铒镱共掺激光器

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1、高功率亚皮秒量级全光纤铒镱共掺激光器Highpowersub-picosecondallfiber3+3+Er/Ybco-dopedlasersource领域：光学工程研究生：戴雯指导教师：王清月教授企业导师：刘庆京研究员天津大学精密仪器与光电子工程学院2014年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他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

2、献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要高功率超短脉冲激光器由于其高时域分辨率，高峰值功率和宽光谱等优势，在生物医学、工业加工、军事

3、测距等领域有着广泛的应用前景。其中光纤激光器因为稳定性高，结构紧凑，泵浦效率高等优势备受科学家们的青睐。本文针对啁啾脉冲放大系统开展了理论研究、数值模拟和实验研究。系统除压缩装置其余部分均实现全光纤化，因此具有极高的稳定性。综合探讨了光纤中各种机制对于输出脉冲质量的影响，并对未来全光纤激光系统的研究提出展望。主要完成工作包括：1、理论方面：飞秒光纤激光器的发展历程，光纤锁模激光器的基本理论、色散补偿机制以及几种常用光纤放大器结构，重点学习了通过啁啾脉冲放大方式获得高功率高重复频率激光。之后建立了超短脉冲在光纤中传输的非线性方程的模

4、型，通过增益损耗、色散以及自相位调制的综合作用，讨论脉冲在光纤中传播时在时域和频域内的演化趋势，为后文数值模拟提供理论基础。2、数值模拟方面：用Matlab程序，模拟脉冲在光纤中啁啾脉冲放大的动力学过程。确定各项参数，实验验证并优化，得到脉冲在时域和频域的演化过程，压缩后得到700fs的脉冲。为了进一步探索能否更大程度的展宽光谱，将预放级提到色散补偿光纤前面，分析对比两种情况脉冲的演化差异。3、实验方面：开展了全光纤啁啾脉冲放大系统的实验搭建，实现了开机自锁模单脉冲稳定运转。主放大级采用铒镱共掺双包层光纤，输出平均功率3.4W，重

5、复频率75MHz，光谱展宽到11nm，放大后的激光通过光栅对腔外压缩后获得高光束质量765fs超短脉冲。之后互换预放级和色散补偿光纤的位置，此时脉冲在色散补偿光纤中展宽过程出现近自相似演化，放大级输出光谱展宽到14nm。可是由于引入了过多非线性和压缩元件的限制，腔外压缩后脉冲质量不好。实验结果与模拟吻合，证实了本放大系统的可靠性，指明了系统的改进方向。关键词：全光纤激光器；啁啾脉冲放大；色散补偿；自相位调制；铒镱共掺；脉冲压缩ABSTRACTHighpower,highrepetitionrateultrafastlasersou

6、rcesoperatingat1.56µmhaveextensiveapplicationsinmedicine,industry,andmilitary，becauseofitsshortpulseduration,highpeakpowerandwidespectrum.Amongthem,thefiberlasersystemhasbeenstudiedalotduetoitscompactstructure,highstabilitytoenvironmentalchange,andcanbedirectlypumpedb

7、ylowcosthighbrightnesslaserdiodesforhighefficiencylaseroperation.Inthispaper,wemainlyfocusedonchirpedpulseamplification.Thewholesystemisfullyfiberizedexceptforthecompressionpart.Exploredthemechanismsinfiberanddiscussedtheirinfluenceonpulseduration,spectrumwidthandener

8、gy.Makeafutureprospectonhowtoimproveallfiberlaseramplifer.Themaincontentsofthisthesiscanbedevidedintothreeparts:1、Thedevelop