【摘 要】
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近年来,锁模氟化物光纤激光器已经成为一种新兴的中红外超短脉冲产生源,其体积小、效率高、抗干扰强等特点有助于推动中红外超快激光的应用,比如超连续谱产生、医疗成像以及气体光谱学等。通过改变氟化物光纤掺杂离子的种类和浓度,锁模氟化物光纤激光器能够实现不同波长的中红外超短激光输出。本文围绕2.8μm波段Er:ZBLAN光纤激光器,开展了锁模激光动力学和激光性能研究,演示了一种减少孤子锁模激光器脉宽的方法;
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近年来,锁模氟化物光纤激光器已经成为一种新兴的中红外超短脉冲产生源,其体积小、效率高、抗干扰强等特点有助于推动中红外超快激光的应用,比如超连续谱产生、医疗成像以及气体光谱学等。通过改变氟化物光纤掺杂离子的种类和浓度,锁模氟化物光纤激光器能够实现不同波长的中红外超短激光输出。本文围绕2.8μm波段Er:ZBLAN光纤激光器,开展了锁模激光动力学和激光性能研究,演示了一种减少孤子锁模激光器脉宽的方法;提出了一种中红外色散管理元件,并演示了呼吸脉冲锁模的Er:ZBLAN光纤激光器,研究工作为中红外高能量飞秒脉冲激光器的发展和应用奠定了基础。论文的主要工作如下:第一,基于修正非线性薛定谔方程,数值研究了2.8μm波段Er:ZBLAN锁模光纤激光器输出脉宽随增益光纤长度的演化规律,发现优化光纤长度可以有效减少孤子脉宽;基于耦合金兹伯格-朗道方程组,色散管理能够实现传统孤子锁模到呼吸脉冲锁模的转变,并且能够有效地降低腔内脉冲非线性相移的积累,为激光器脉冲能量的提升创造条件。第二,通过非线性偏振旋转锁模技术,实现了2.8μm波段Er:ZBLAN孤子锁模光纤激光器,实验证实了缩短增益光纤长度有利于减少孤子锁模脉冲的宽度。通过优化增益光纤长度,用长度为1.61m的Er:ZBLAN光纤获得了131fs的锁模脉冲输出,对应的平均输出功率为317mW,重复频率为106.67MHz,脉冲能量为3nJ,峰值功率为23kW,该脉冲宽度是目前Er:ZBLAN光纤锁模激光器中最短的脉冲宽度。第三,针对中红外色散管理元件的稀缺问题,提出了基于红外带隙半导体材料的色散管理元件。通过腔内的色散管理,实验演示了2.8μm呼吸脉冲锁模的Er:ZBLAN光纤激光器。激光器的输出脉冲能量为9.3nJ,脉冲宽度为215fs,峰值功率为43.3kW,该峰值功率创造了氟化物锁模光纤激光器的新记录。呼吸脉冲锁模机制具有实用性,可以进一步推广到2.0μmTm:ZBLAN、2.9μmHo:ZBLAN、3.1μmDy:ZBLAN以及3.5μmEr:ZBLAN锁模光纤激光器中,从而有望全面地提升中红外锁模光纤激光器的激光性能。总之,本论文主要围绕2.8μm波段Er:ZBLAN锁模光纤激光器,实现了百飞秒量级的孤子脉冲输出,通过腔内色散管理发现了呼吸脉冲锁模新机制,研究工作推动了中红外锁模光纤激光器的发展。
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