基于NPR技术的C、L波段掺铒光纤激光器研究.pdf

基于NPR 技术的C、L 波段掺铒光纤激光器研究 基于NPR 技术的C、L 波段掺铒光纤激光器研究 摘要：被动锁模光纤激光器因其体积小、输出脉冲窄、兼容性好等优点，在光 通信、生物医疗、激光加工等领域有广泛的应用前景。在光纤激光器中，为了 实现被动锁模，采用了非线性偏振旋转技术（Nonlinear Polarization Rotation ， NPR ），利用其具有类可饱和吸收体的特性，获得了超短光脉冲。目前，不同 波段的掺铒光纤激光器已经引起了研究人员的关注，如C 波段（1530~1565 nm） 和L 波段（1565~1625 nm），L 波段的锁模光纤激光器将光通信系统中的C 波 段延伸到L 波段，从而拓宽了带宽，增加了通信容量。因此，本论文采用NPR 锁模技术，研究了 C、L 波段掺铒光纤激光器中的束缚态、耗散孤子共振、多 脉冲等特性，主要研究内容包括： 1、研究了光纤激光器的研究背景、发展历程，对锁模光纤激光器中几种锁 模技术进行分析，最后阐述了NPR 锁模光纤激光器的发展进程。 2 、研究了锁模原理，并对NPR 锁模原理的理论基础进行分析。利用耦合 的金兹堡-朗道方程，数值模拟了NPR 被动锁模光纤激光器中锁模孤子的产生， 并对锁模建立过程中孤子时域和频域演化进行了分析。在数值模拟中，通过调 节腔内参数，获得了多脉冲、脉冲可切换等现象，此模拟结果与实验中的现象 很吻合。同时，该结果有助于加深人们对NPR 锁模光纤激光器中孤子锁模动力 学特性的理解。 3、研究了C 波段NPR 锁模光纤激光器中各种结构孤子束缚态行为。实验 中，在1564 nm 处产生锁模操作，其3 dB 光谱带宽为11.6 nm。随着腔中参数 的改变，在光纤激光器中获得了不同结构的束缚态。特别地，观察到具有固定 孤子间隔的束缚态，保持偏振控制器（polarization controller ，PC ）状态不变， 通过提高泵浦功率，束缚态内部的孤子数目从两个增加到十四个。除了上述具 有自相关迹的规则三角形包络线的束缚态外，还可以获得具有复合孤子结构的 束缚态，通常包括（2 + 2 ）型、（2 + 2 + 2 ）型、（2 + 1 ）型和（3 + 1 ）型束 缚态状态。另外，还通过数值模拟验证束缚态内部的精细结构，该结果有助于 进一步理解这些多孤子光学行为的复杂非线性动力学。 4 、研究了L 波段NPR 锁模光纤激光器中多脉冲和耗散孤子共振及波长可 调谐操作。通过适当地调整偏振态，光纤激光器分别在1565 nm 和1604 nm 波 I 淮北师范大学2020 届硕士学位论文 段易于实现锁模操作。此外，通过适当地控制由NPR 引起的滤波效果，可以观 察到从1563.7 nm 到1574.6 nm 的连续可调操作，光谱调谐范围约为10.9 nm， 从1600.3 nm 到1605.7 nm 的调谐范围约为5.4 nm 。有趣的是，通过操纵腔内参 数，在1565 nm 波段工作的光纤激光器趋于产生多脉冲，而在1604 nm 波段工 作的光纤激光器趋于产生矩形耗散孤子共振，其时域宽度随泵浦功率而增加。 因此，此研究不仅可以作为进一步应用的多功能光源，还可以深入了解光纤激 光系统中的脉冲动力学。 关键词：被动锁模光纤激光器；非线性偏振旋转技术；束缚态；可切换操作 基于NPR 技术的C、L 波段掺铒光纤激光器研究 Research on Erbium-doped Fiber Lasers in the C and L band based on Nonlinear Polarization Rotation Abstract ：Owing to the unique advantages of the small size, ultra-wide bandwidth direction and good compatibility, passively mode-locked erbium-doped fiber lasers have extensive application prospects in optical communication, biomedical, la