980nm皮秒光子晶体光纤激光器及光纤激光相干合成技术研究

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1、中文图书分类号：TN248.1密级：公开UDC：535学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：980nm皮秒光子晶体光纤激光器及光纤激光相干合成技术研究论文作者：梁博兴学科：光学工程指导教师：李平雪论文提交日期：2016年6月UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：TN248.1学号：S201313014密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：980nm皮秒光子晶体光纤激光器及光纤激光相干合成技术研究980NMPHOTONICCRYSTALFIBER英文题目：PICOSECONDLASERANDFIBERLASERCO

2、HERENTCOMBINETECHNICALSTUDY论文作者：梁博兴学科：光学工程研究方向：能量光电子申请学位：工学硕士指导教师：李平雪教授所在单位：激光工程研究院答辩日期：2016年6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：梁博兴日期：2016年6月16日关于

3、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：梁博兴导师签名：李平雪日期：2016年6月16日摘要摘要脉冲激光由于其优良的光学性质在国防建设、生物医学研究、天文地理探测及光通信等领域有着重要的应用。光纤激光器作为第三代激光器由于其优良的结构和输出特性近几年发展迅速，但是光纤激光器输出受限于半导体泵浦源激光器输出亮度，以及单纤可承受功率有限等原因不能持续提高。而掺镱光纤在980nm

4、具有很高的发射谱，有望被用来作为掺镱掺铒激光器泵浦源的增益介质，更大的提升光纤激光器及光纤放大器的输出功率。同时，通过利用激光相干合成技术，将多路光纤激光进行合成，可以成倍的提高光纤的输出总功率，同时不会损失输出激光的光束质量。本文通过研究利用较大芯包面积的掺镱光子晶体光纤进行实验以获得980nm波段的高功率单模超短脉冲激光输出。980nm波段的激光不仅可作为泵浦源，还可以通过倍频获得应用于海洋探测及通信方面的490nm蓝绿激光光源。同时，我们研究了利用主动电路控制系统控制相位，实现脉冲光纤激光器的相干合成。这种相干合成技术提供了一种非常有效的方式解决单根光纤输出受限的问题

5、，有效的扩展了光纤激光器的应用范围。本文的研究内容可分为以下四个部分：第一部分，首先调研了国内外在980nm光纤脉冲激光器领域的研究进展，总结了980nm光纤激光器的研究关键技术。同时，介绍总结了国内外在相干偏振合成方面的研究进展，并详细介绍了主动相干合成的研究过程及技术实现方案。第二部分，详细介绍分析了脉冲在光纤中形成及演化的理论基础，模拟分析了光脉冲在光纤传输过程中，色散及非线性的作用影响。并对980nm这种三能级激光在掺镱光纤中的激发原理、影响因素和最优参数进行了理论分析。最后，对SESAM锁模以及非线性偏振旋转锁模这两种锁模过程进行了模拟对比，分析了快慢可饱和吸收体

6、在脉冲形成过程中的作用机制。第三部分，搭建了环形自由空间耦合结构的980nm光纤脉冲激光器，以大模场的光子晶体光纤作为增益结构，采用SESAM与非线性偏振旋转机制相结合的锁模方式，在腔内无补偿的情况下获得了峰值功率4.6kW的超短脉冲激光输出，重复频率为87.37MHz，脉冲宽度为1.24ps，光谱半高宽为1.9nm，近似傅里叶变换极限输出。其次，采用化学气相沉积法在石英载玻片上制备新材料，得到了4-6层二硫化钼可饱和吸收材料。设计以这种新材料为可饱和吸收体的锁模实验方案。首次在实验中获得了二硫化钼在980nm波段的调Q输出，最大输出功率为127mW。最后，在振荡器的基础上

7、我们进行了980nm波段脉冲激光的I北京工业大学工学硕士学位论文MOPA放大分析，介绍了980nm波段放大过程中的一些关键技术，并进行了理论模拟和实验研究。第四部分，对超短脉冲光纤激光的相干合成技术进行了理论及实验研究。设计构建了基于DSP芯片和随机并行梯度下降算法的自适应相位控制电路。搭建了单频激光源并进行了相干合成实验，验证了控制算法及控制电路的可靠性。获得了控制带宽为kHz的控制精度。最后，搭建非线性偏振旋转锁模的全光纤环形激光器，输出功率为2-36mW可调，重复频率为12.44MHz，脉冲宽度为650