NPR被動鎖模摻鉺光纖激光器和免調試Nd：YAG固體激光器的研究.pdf

1、本論文是在國家自然科學基金項目和軍口863預研基金的支持下開展工作的，論文主要由兩部分組成：第1部分，非線性偏振旋轉(Nonlinear PolarizationRotation，NPR)被動鎖模摻鉺光纖激光器的研究；第Ⅱ部分，免調試Nd：YAG固體激光器的研究。 第1部分的研究內容和結果包括以下三個方面： 一、根據(jù)Master方程對NPR被動鎖模光纖激光器的脈沖參數(shù)進行模擬，結果表明，不論腔內色散為正或負，只要滿足穩(wěn)定

2、性條件，都能在腔內形成穩(wěn)定的鎖模脈沖，并且當色散為負時，脈沖啁啾很小，而當色散為正時，脈沖啁啾很大。根據(jù)耦合非線性薛定諤方程對腔內脈沖的演變過程進行數(shù)值模擬，開始較寬的噪聲信號經過在腔內多次運轉后，最終演變成了穩(wěn)定的鎖模脈沖。 二、研制了具有正色散腔的NPR被動鎖模摻鉺光纖激光器，并制成樣機。激光器具有40mW的低泵浦閾值，實驗獲得了具有矩形形狀的鎖模光譜，閾值處的鎖模光譜的3dB帶寬為14.94nm，鎖模脈沖的脈寬為21ps，

3、增大泵浦功率，最大光譜3dB帶寬為17.61nm，該結果優(yōu)于2006年L.M.Zhao在optics leRer上的報道。另外，我們首次在正色散腔的被動鎖模摻鉺光纖激光器中觀察到多脈沖共存，當泵浦功率增加到81mW和149mW時，分別觀察到了兩個和三個脈沖在腔內共存的實驗現(xiàn)象。實驗測量了多脈沖的光譜、能量、脈寬和峰值功率隨泵浦功率的變化，并對多脈沖的形成原因作了分析。 三、將NPR被動鎖模摻鉺光纖激光器應用于"基于光信號時間擴展

4、和并行、交替模/數(shù)變換原理的亞納秒脈沖高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)"。理論分析結果顯示，調制器的波長響應會造成信號的畸變。采用周期為4.16ns的正弦信號進行了展寬實驗，得到1.96倍和2.1倍的信號展寬結果，驗證了光信號時間擴展預處理器部分的設計思想的可行性。 第Ⅱ部分的研究內容和結果包括以下三個方面： 一、理論分析了免調試Nd：YAG固體激光器的特性，通過數(shù)值模擬得出結論，角錐棱鏡諧振腔對角錐棱鏡的平移失調有一定的敏感性，而對輸

5、出鏡的角度失調是不敏感的。利用菲涅耳-基爾霍夫積分方程，模擬出角錐棱鏡腔近場模式，該模式由六個瓣狀結構組成，與實際光斑相吻合。在角錐棱鏡腔內插入偏振鏡作為輸出鏡，數(shù)值模擬顯示偏振鏡透過率隨角錐棱鏡的轉動而變化。 二、采用Cr<'4+>：YAG晶體作為被動調Q開關，實現(xiàn)了免調試Nd：YAG固體激光器的被動調Q。數(shù)值模擬表明，被動調Q脈沖的峰值功率和能量隨角錐棱鏡的轉動而變化，而脈寬變化很小。實驗獲得被動調Q脈沖的最高峰值功率和能量

6、分別為10.36MW和174.4mJ，轉動角錐棱鏡測得峰值功率和能量的變化范圍為1.77MW和14.9mJ，脈寬在20ns附近波動，與理論結果相一致。 三、實現(xiàn)了免調試Nd：YAG固體激光器的被動鎖模，實驗得到的鎖模脈沖重復周期約為3.3ns，轉動角錐棱鏡改變腔內光強，獲得了被動調Q脈沖，激光器可以工作在被動鎖模和被動調Q兩種狀態(tài)。另外，進行了免調試Nd：YAG固體激光器的電光調Q實驗，通過在電光調Q開關KTP晶體前加偏振鏡，解

7、決了由于角錐棱鏡的退偏效應而不能進行電光調Q的問題，實驗測得電光調O脈沖最高能量為190mJ，對應脈沖寬度為10.77ns。 本文的創(chuàng)新點： 一、研制了具有正色散腔的NPR被動鎖模摻鉺光纖激光器，實驗上驗證了一種新型的光孤子--增益誘導光孤子，并得到矩形形狀的鎖模光譜，該結果優(yōu)于2006年L.M.Zhao等人在optics letter上的報道，并首次在該激光器中觀察到多脈沖在腔內共存情形。 二、將NPR被動鎖模

8、摻鉺光纖激光器應用于"基于光信號時間擴展和并行、交替模/數(shù)變換原理的亞納秒脈沖高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)"，采用周期為4.16ns的正弦信號進行了展寬實驗，得到1.96倍和2.1倍的信號展寬結果。 三、實現(xiàn)了免調試Nd：YAG固體激光器的被動調Q脈沖輸出，首次分析了角錐棱鏡的退偏效應對脈沖性能的影響。實驗獲得被動調Q脈沖的最高峰值功率和能量為10.36MW和174.4mJ，轉動角錐棱鏡測得峰值功率和能量的變化范圍為1.77MW和14.9m