谐振腔直接输出超连续谱的研究

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超连续谱激光光源具有光谱宽且平坦、高强度、高亮度等优点,在生物医学、光通信、激光雷达等领域有着重要的应用。  本论文针对现在超连续谱光源存在的一些问题,制定出新的设计方案进行研究。经过调研超连续谱激光光源的国内外研究现状,发现传统上实现高功率超连续谱采取的主要技术方案是利用高功率大模场面积光纤激光器在腔外泵浦高非线性光子晶体光纤。这种产生机制主要存在着两个缺陷:第一,结构复杂,产生超连续谱所需要的功率较大;第二,产生的超连续谱光谱平坦度不佳,尤其是泵浦光的剩余会造成光谱的局部过高。因此,如何在较低功率的情况下就能产生光谱质量好的超连续谱光源是现在所面临的扩大超连续谱应用广度的一个重要的问题。  本文的主要内容如下:  理论方面:  1、从脉冲传输基本方程出发推导出描述光纤中非线性传输特性的非线性薛定谔方程,并对产生超连续谱的几种非线性效应尤其是色散与调制不稳定性进行了简单介绍。  2、对主动调Q技术进行概述,重点介绍了声光调制器(AOM)的工作原理以及影响声光调制器调Q状态的参数。  实验部分:  主要对基于声光调制器的主动调Q光纤激光器以及超连续谱的产生两方面进行实验。  针对基于声光调制器的主动调Q光纤激光器的实验主要包括:声光调制器的测试,谐振腔腔型的选择、信号发生器输出电信号参数的选择。  信号发生器输出电信号参数的选择方面,发现当信号发生器输出的电信号重频低于10kHz时声光调制器将会在调制不稳定性的影响下发生脉冲的分裂现象,无法稳定调Q,对此我们在重频为50kHz和5kHz的情况下做了对比试验。  超连续谱的产生的实验主要包括:PCF与单模光纤的熔接;信号发生器输出不同频率电信号情况下的超连续谱对比试验。  在对芯径为4.7μm的PCF与HI1060光纤的熔接过程中,通过调节放电电流、放电时间和放电次数这几个参数来进行对比试验,最后获得了损耗在0.3dB~0.35dB以内的低损耗熔接。  对信号发生器输出不同频率电信号情况下的超连续谱对比实验后总结发现:在重频为50kHz的情况下,谐振腔可以稳定调Q,但是由于谐振腔整体平均功率和峰值功率都较低,这种情况下的非线性以及群速度色散等效应都不够强,无法使光谱充分的展开,但在重频为5kHz的情况下,由于声光调制器的特性谐振腔无法稳定的调Q,脉冲在调制不稳定性的影响下产生脉冲分裂,同时在调制不稳定性的影响下,非线性效应大大增强,光谱展宽范围大大加宽。  最后,利用零色散点在1040nm的PCF获得了光谱范围从440nm到1700nm,平均功率为102.3mW的超连续谱输出。
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