目录
摘要............................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... II 第1章绪论.. (1)
1.1 课题的研究背景和意义 (1)
1.2 线形腔锁模光纤激光器的分类 (2)
1.3 线形腔锁模光纤激光器的研究现状 (4)
1.3.1线形腔SESAM锁模光纤激光器 (4)
1.3.2线形腔可饱和吸收体锁模光纤激光器 (5)
1.3.3线形腔NOLM锁模光纤激光器 (7)
1.3.4线形腔自锁模（SML）光纤激光器 (9)
1.4 本文主要研究内容 (10)
第2章线形腔锁模掺镱光纤激光器理论研究 (11)
2.1 掺镱光纤能级结构及跃迁过程 (11)
2.2 线形腔光纤激光器中超短脉冲传输模型的建立 (13)
2.2.1自相位调制对脉冲演化过程影响的理论分析 (14)
2.2.2 群速度色散对脉冲演化过程影响的理论分析 (15)
2.2.3 三阶色散对脉冲演化过程影响的理论分析 (16)
2.3 线形腔锁模掺镱光纤激光器输出特性的模拟分析 (17)
2.3.1 谐振腔中光脉冲的演化过程 (17)
2.3.2 单模光纤长度对脉冲演化的影响 (18)
2.3.3 掺镱光纤长度对脉冲演化的影响 (19)
2.3.4可饱和吸收系数对脉冲演化的影响 (19)
2.4 本章小结 (20)
第3章线形腔NOLM锁模掺镱光纤激光器实验研究 (21)
3.1 线形腔NOLM锁模掺镱光纤激光器制作 (21)
3.2 不同NOLM长度下输出特性的测试与分析 (22)
3.2.1NOLM长度为350m时的输出特性 (22)
3.2.2NOLM长度为240m时的输出特性 (27)
3.2.3NOLM长度为110m时的输出特性 (28)
3.2.4 NOLM长度为1m时的输出特性 (30)
3.2.5 不同NOLM长度下输出特性的对比与分析 (31)
3.3 本章小结 (31)
第4章自锁模掺镱光纤激光器实验研究 (32)
4.1 线形腔自锁模掺镱光纤激光器的实验研究 (32)
4.1.1 线形腔掺镱光纤激光器的结构设计与制作 (32)
4.1.2 线形腔自锁模光纤激光器输出特性的测试与分析 (33)
4.1.3 不同谐振腔长度下输出特性的对比与分析 (37)
4.2 环形腔自锁模掺镱光纤激光器的实验研究 (37)
4.2.1 环形腔自锁模掺镱光纤激光器的制备 (37)
4.2.2 环形腔自锁模掺镱光纤激光器输出特性的测试与分析 (38)
4.2.3 超长环形腔自锁模掺镱光纤激光器输出特性的测试与分析 (41)
4.3 本章小结 (44)
结论 (45)
参考文献 (47)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (51)
致谢 (52)
第1章绪论
1.1课题的研究背景和意义
1960年，首次出现了对红宝石激光器的相关报道，与此同时也开启了对光纤激光器的研究热潮。光纤激光器由三部分组成：泵浦源，谐振腔以及增益介质（即掺杂光纤）。光纤激光器具有光束质量高、结构简单紧凑、性能稳定等优点，被广泛的应用在了光纤通信、光纤传感、医疗器械、军事武器、激光切割等领域。激光器的基本工作原理可概述为：泵浦光耦合进入掺杂光纤，稀土离子作为增益介质吸收了泵浦光后会发生能级跃迁，形成了粒子数反转，在光纤介质中产生受激辐射，进而实现了激光的输出[1-3]。
锁模光纤激光器是通过在光纤激光器的谐振腔内嵌入适当的锁模器件来实现。1989年，锁模光纤激光器相关理论知识的提出吸引了越来越多研究人员的关注，主要原因是由于该类激光器能够实现超短脉冲的输出，并且在惯性约束核聚变、超快现象等方面都有重要的应用。针对锁模光纤激光器的分类主要有以下三种：被动型锁模，主动型锁模以及混合型锁模。其中主动锁模光纤激光器是在激光谐振腔内嵌入调制器件，通过调制腔内激光的相位和振幅来实现锁模。虽然主动锁模光纤激光器具有可调谐性，但是脉冲的宽度以及单脉冲强度容易受到腔内偏振元件以及超模噪声等因素的影响，使得脉冲展宽、脉冲抖动和频率失谐。而被动锁模技术主要是利用光纤的非线性光学效应和一些非线性器件对输入光脉冲的强度依赖，使谐振腔内的各纵模实现相位锁定。由于被动锁模技术的实现不依赖调制器件，有利于实现激光器的全光纤化。被动锁模技术主要有可饱和吸收体被动锁模技术、NOLM被动锁模技术以及非线性偏振旋转(NPR)被动锁模技术等。实现混合型锁模的方法通常是在被动锁模光纤激光器的腔内加上主动锁模的振幅或者相位的调制器[4-9]，从而获得高重复频率的超短脉冲。
被动锁模光纤激光器的出现可以追溯到20世纪60年代，Collins和Mocker 在红宝石激光器上首次实现了被动锁模[10]。如何在被动锁模光纤激光器中实现高能量的锁模脉冲，成为了近几年的研究热点。有报道称[11, 12]，净正常群速度色散以及自相位调制产生的非线性相位积累对单脉冲能量有着重要的影响。除此之外，三阶色散以及拉曼效应对此也有一定的影响。
相对于环形腔被动锁模光纤激光器而言，线形腔被动锁模激光器的腔长较短，激光器的输出脉冲受偏振态影响较小，重复频率相对较高，脉冲宽度较窄，一般为皮秒量级。而且，在线形腔被动锁模光纤激光器的谐振腔中不需要搭配环形器或者光隔离器，这使得谐振腔的结构变得简单，而且成本大大降低[13, 14]。