关键词:
被动锁模光纤激光器
色散延迟线
增益带宽
光谱滤波器
脉冲特性
摘要:
超快激光以其高峰值功率、极短脉冲宽度、高重复频率和超宽光谱等特性,在工业应用、医学诊断和科学研究等领域备受关注。被动锁模技术作为产生超短脉冲的重要手段,因其结构简单、易于维护,有良好的兼容性和稳定性等优点而得到广泛研究。被动锁模光纤激光器在腔内器件参数不同的情况下会产生具有不同输出特性的脉冲。通过研究被动锁模光纤激光器的器件参数对输出脉冲特性的影响,可以优选合适的器件,进而优化光纤激光器的设计,获得更高质量的脉冲输出。色散延迟线(Dispersion Delay Line)是用于管理和控制光脉冲传输过程中色散效应的器件,它具备色散补偿、脉冲调整和频率调制等作用。对色散延迟线和设计和优化可以有效改善光纤激光器的性能,提高输出脉冲的峰值功率和压缩脉冲宽度,拓宽光纤激光器应用范围。本文对基于色散延迟线的被动锁模光纤激光器输出脉冲的特性进行了仿真研究,主要内容如下:
(1)综述了锁模光纤激光器的研究背景和现状,总结了不同锁模机制的分类、原理和优缺点。阐述了被动锁模光纤激光器的相关理论,包括光脉冲在光纤中传输的影响因素和激光器中各关键器件的仿真建模。
(2)通过对基于DDL的被动锁模掺镱光纤激光器进行数值仿真,探讨了增益光纤的不同参数对输出脉冲特性的影响。首先,研究了与掺杂浓度有关的小信号增益对输出脉冲特性的影响,分析了随着小信号增益的增加,输出脉冲的脉冲宽度、单脉冲能量、脉冲峰值功率等参数的变化趋势;其次,研究了增益饱和能量、增益带宽和增益光纤长度对脉冲特性的影响。最后,分析了随着小信号增益和增益饱和能量的增加而产生的多脉冲现象,指出脉冲个数的增加伴随着增益饱和能量的增加呈阶梯式增长,以及当增益带宽较窄时,更容易产生多孤子脉冲现象。
(3)探讨了被动锁模掺镱光纤激光器中其他关键器件对输出脉冲特性的影响。首先,在腔内加入光谱滤波器,使输出脉冲的光谱边缘变得光滑,并通过改变滤波器带宽,观察了输出时域波形、光谱以及脉冲在腔内的演化情况。其次,通过改变激光器内单模光纤的长度,研究了谐振腔长对输出脉冲特性的影响。然后,研究了可饱和吸收体的饱和功率对输出脉冲特性和光谱图的影响,发现当饱和功率增大到3600 W以上时,光谱会发生显著变化。最后,研究了色散延迟线提供的群延迟色散对输出脉冲特性的影响,仿真结果表明,输出脉冲特性随着群延迟色散的增加呈现非单调变化,通过合理选择群延迟色散,可以获得窄脉宽脉冲输出。
以上这些被动锁模掺镱光纤激光器输出脉冲特性的研究对于更好的理解被动锁模光纤激光器腔内关键器件作用的物理机制,选择合适的器件构建不同输出特性的激光器,进而优化激光器输出脉冲质量,拓展被动锁模光纤激光器应用领域具有指导意义。