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同步和异步双波长锁模掺镱光纤激光器

【摘要】:光纤激光器由于其性能稳定、结构小巧、光束质量高、耦合损耗小等优势,在激光技术领域内取得了广泛的关注。随着各种光纤器件制备工艺的日益成熟,光纤激光器逐渐实现商业化,在各个领域内被广泛应用。光纤激光器的研究一直是激光领域的前沿课题。多波长激光器在光纤通信、光纤分布式传感、激光雷达等方面都具有较重要的应用,在光纤激光器的研究中占有重要的地位。本文在实验上实现了基于非线性偏振旋转的掺镱光纤激光器异步和同步双波长锁模脉冲输出。在腔长约为123 m的情况下,激光器工作在异步双波长锁模状态时的中心波长分别为1040 nm和1060 nm,脉冲重复频率为1.6872 MHz和1.6875 MHz,脉冲宽度分别为2.12 ns和2.52 ns;激光器工作在同步双波长锁模状态时的中心波长为1023 nm和1072 nm,脉冲重复频率被锁定在1.6872 MHz,脉冲宽度为1.99 ns。调节偏振控制器,波长间隔保持不变,短波在1025 nm到1036 nm之间可调,长波在1074 nm到1085 nm可调。在不引入任何复杂器件的滤波效应前提下实现同步和异步双波长锁模脉冲输出,以及单波长锁模和双波长锁模的状态切换,这些工作都对进一步研究多波长锁模掺镱光纤激光器具有一定的意义。本文还进一步研究了腔长对双波长锁模的影响,实验发现当腔长较短时,激光器在较高泵浦功率下才能实现同步双波长锁模输出,并且异步双波长锁模不稳定;当腔长较长时,激光器容易出现脉冲分裂现象,影响激光器的稳定运转。因此,通过分析找到最合适的腔长和泵浦光功率对实验的进一步优化实验结果具有一定的意义。同步多色光纤激光器在基础研究中有着广泛的应用,如超快激光光谱学、太赫兹产生与探测等,被动注入同步是实现光纤激光器同步锁模脉冲输出的有效方法之一。本文将双波长掺镱光纤激光器的锁模脉冲输出注入到掺铒光纤激光器中,通过对腔内状态的适当调节,实现了掺铒光纤激光器和掺镱光纤激光器两个波长的分别同步。实验发现当掺镱光纤激光器分别工作在1040 nm和1060 nm单波长锁模状态时,同步时的腔长失匹距离分别为4.5 mm和3 mm;掺镱光纤激光器工作在异步双波长锁模状态时,短波及长波分别和掺铒光纤激光器同步时的腔长失匹距离分别为8 mm和5 mm。由此可见,异步双波长注入时的腔长失匹距离比单波长注入时更长,同步更稳定。另一方面本文实现了基于单层碳纳米管和聚焦准直器的掺铒光纤激光器的锁模输出,可以对碳纳米管的非线性参数进行有效的调制,结合不同波长间的交叉相位调制效应以及单层碳纳米管在1微米和1.5微米波段均可作为可饱和吸收体的特性,有望实现两个激光器之间的被动注入同步。

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