被动锁模光纤激光器输出孤子特性研究

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1、未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博±学位论文原创性声明，，本人郑重声明：所呈交学位论文是本人在指导教师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本——■，ｔ。文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中［＾明确方式标明本人完全意识到本声明的

2、法律结果由本人承担。学位论文作者签名：管１純曰期：年／曰？＾月如■／／＾———————————————————————————被动锁模光纤激光器输出孤子特性研究———————————————————————————StudyonSolitonCharacteristicsofPassivelyMode-lockedFiberLaser——————————————————————————作者姓名：霍佳雨专业名称：通信与信息系统研究方向：无线通信与信息处理指导教师：王珂教授郭玉彬教授学位类别：工学博士培养单位：通信工程学院论文答辩日期：2016年12月3日授予学位日期：年月

3、日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席乔双教授东北师范大学委员曹军胜研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所石文孝教授吉林大学迟学芬教授吉林大学孙晓颖教授吉林大学田小建教授吉林大学摘要被动锁模光纤激光器输出孤子特性研究锁模光纤激光器所产生的高重复率高能量的超短光脉冲可以成为光通信系统中理想的信息载体。它具有高增益、高转换效率、高稳定性、低阈值和低成本等优点，在精密机械加工、非线性频率变换、传感、医疗和国防等领域有广泛的应用前景。根据锁模实现方式的不同，锁模光纤激光器可分为主动锁模和被动锁模光纤激光器，被动锁模光纤激光器作为成本低、可靠性高的超快光源，得到广泛深入的研究。被动锁模

4、光纤激光器是真正的全光纤器件，利用光纤的色散和非线性效应作用，能够产生超短的光脉冲。根据谐振腔中总色散值的不同，被动锁模光纤激光器可以产生传统光孤子、自相似脉冲、展宽脉冲和耗散孤子。传统光孤子存在于可积系统，也就是守恒系统中。耗散孤子的概念区别于传统的光孤子，它存在于非守恒系统。光纤激光器谐振腔中总的群速度色散为正值时，会产生耗散孤子。耗散孤子可以产生很高的脉冲能量，而且能够克服传统光孤子受到的能量限制，当脉冲能量较高时能够抵御光波分裂，这些特点使其成为超快激光研究领域的热点之一。本文的工作主要围绕被动锁模光纤激光器输出孤子特性展开研究，分析了光纤激光器的参数对输出脉冲特性的影响，

5、对基于二维材料可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器进行了理论和实验研究。本文的主要研究内容如下：1.对锁模光纤激光器的物理机制进行了详细的分析，阐述了锁模光纤激光器的基本原理、锁模过程以及分类。详细推导了非线性薛定谔方程的建立过程，介绍了锁模光纤激光器仿真模型的分类，分析了锁模光纤激光器的仿真分析方法。对被动锁模光纤激光器中的关键器件进行了建模，建立了被动锁模光纤激光器的仿真模型。2.对被动锁模光纤激光器输出的光孤子类型进行了分析。重点论述了传统光孤子、自相似脉冲和耗散孤子的形成机理和物理特性等相关理论。采用短时傅里叶变换和Wigner-Ville分布两种时频分析方法分别对自相似脉冲进

6、行啁啾提取，并分析了提取效果的统计学特性，对比了这两种方法在啁啾提取上的优劣。3.研究了被动锁模光纤激光器系统参数对输出孤子特性的影响。首先，仿真分析了光纤激光器的群速度色散、小信号增益、增益带宽以及增益饱和能量等参数对输出耗散孤子脉宽、峰值功率和单脉冲能量的影响。其次，对束缚态耗散孤子对的特性进行了详细的研究，在被动锁模光纤激光器中，满足一定条件时，可以输出稳定的束缚态耗散孤子对。束缚态耗散孤子对中两个耗散孤子的间距随着群速度色散、小信号增益以及增益带宽的增加而增加，随着增益饱和能量的增加而减小；耗散孤子对的峰值功率随着群速度色散和增益带宽的增加而减小，随着小信号增益与增益I饱和

7、能量的增加而增加；耗散孤子对的脉冲能量随着各参数的增加而增加；孤子对中耗散孤子的脉宽基本保持不变，只是随着小信号增益的增加会有所增加。我们在研究中发现，在稳定的束缚态耗散孤子对产生前，会出现不稳定的三耗散孤子状态，当增益带宽从39nm逐渐增加到44nm的过程中，会产生三个耗散孤子，增益带宽的变化对三耗散孤子的特性有一定的影响，但其影响非常小。最后，研究了泵浦方式的不同对被动锁模光纤激光器输出自相似脉冲性能的影响，分别采用前向和后向两种泵浦方式进行分析。重点分析了在不同