基于多模干涉效应的可调谐被动锁模全光纤激光器

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1、基于多模干涉效应的可调谐被动锁模全光纤激光器Tunablepassively-mode-lockedall-fiberlasersbasedonmultimodeinterferenceeffect学科专业：光电子与光子学技术作者姓名：史冠男指导教师：史伟教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十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己经发表研究成果,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、献均己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:虫j己签字日期:⒛丨1年H月20日旯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)导师签名:d`学位论文作者签名:支冠买6签字日期:泗丨丨{月3o日签字日期:冫手H月30日1年摘要可调谐被动锁模光纤激光器在制造业、医学、科研等领域具有重要价值，作为决定其波长

3、调谐性能的关键器件，光谱滤波器的性能至关重要。基于光纤多模干涉（MMI）效应的光谱滤波器具有全光纤化结构、制作简单、调谐手段多样、滤波光谱可自主设计等优点，在各类光纤系统中有广泛应用。将其应用于被动锁模光纤激光器谐振腔中，不仅有助于实现全光纤化的系统结构，且可利用其多样的调谐手段对锁模光谱进行调谐，有助于扩展可调谐锁被动锁模光纤激光器的结构，启发新型可调谐激光系统的开发。本论文对光纤多模干涉效应进行了分析，并对基于多模干涉效应的可调谐被动锁模光纤激光器进行了研究。具体研究内容如下：一、总结了光纤模式理论，分析了光纤中的模式分布及特征，计算了多模光纤的模式容量。基于光

4、纤模式理论与波动方程理论，对光纤中的多模干涉效应及自成像效应进行了理论分析，计算了单模光纤基模场耦合进入多模光纤后多模干涉的过程，计算了自成像质量因子沿多模光纤的演化及单模-多模-单模（SMS）结构MMI滤波器的透射光谱。介绍了光束传输法与有限差分光束传输法的基本原理，总结了基于该方法对光纤多模干涉效应进行数值模拟的过程。二、分别对单波长与宽谱光信号在光纤多模干涉效应器件中的传输性质进行了数值模拟，分析了多模光纤长度、纤芯尺寸、折射率分布、径向应力、传输光波长等参数的变化对于光纤多模干涉效应及SMS结构MMI滤波器透射光谱的影响，制作了一批SMS结构MMI滤波器并实

5、验验证了其波长调谐作用。研究了非线性偏振旋转（NPR）被动锁模谐振腔的光谱滤波效应，指出了将MMI滤波器应用其中产生可调谐锁模输出的潜力。三、分别搭建了基于多模干涉效应的可调谐光纤激光器及光纤放大器。利用MMI滤波器的调谐效应在NPR锁模激光器中实现了对锁模光谱中心波长及光谱宽度的调谐。在光纤放大系统中，采用大模场掺Yb磷酸盐光纤放大级对基于多模干涉效应的可调谐锁模种子源进行放大，获得了输出功率2.11W，可在1031.9-1062.8nm范围内调谐的锁模脉冲输出。关键词：多模干涉效应，自成像效应，可调谐锁模激光器，被动锁模，光纤激光器IABSTRACTTunabl

6、epassivelymodelockedfiberlasershavesignificantapplicationsinfieldssuchasmanufacturing,medicineandscientificresearch.Asthekeyelementtoaffectthetunabilityoffibersystems,thecharacteristicsofspectralfilterisofgreatimportance.Spectralfiltersbasedonmultimodeinterference(MMI)effectinfiberarew

7、idelyusedinvariousfibersystemsowingtotheirall-fiber-basedstructure,easyfabrication,multipletuningmethodsanddesignablefilteringspectrum.ByemployingMMIspectralfiltersinpassivelymodelockedfiberlasers,onecanobtainall-fiber-basedconfigurationandtunetheoutputspectrumofmodelockedfiberlasers