阶梯型红外光纤色散的理论研究

阶梯型红外光纤色散的理论研究

一、阶跃型红外光纤色散的理论研究(论文文献综述)

马天舒[1](2021)在《2微米波段宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤的设计及光频梳研究》文中提出中红外光频梳在医疗呼吸分析、气体检测、光谱学、微波产生和光通信等多个领域都具有重要应用。光谱带宽和平坦性是光频梳的核心技术指标。在目前光频梳研制技术中,以光纤中的级联四波混频效应为基础的非线性光学过程是获得宽带光频梳的有效途径。受限于基质材料透过窗口,传统石英光纤不适用于研制中红外光频梳。与石英光纤相比,氟碲酸盐玻璃光纤具有较宽的光学透过窗口和较高的非线性系数,是一种潜在的中红外光纤光频梳介质材料。在本论文工作之前,我们研究组设计了一种色散平坦氟碲酸盐玻璃光纤,但是其色散平坦光谱范围较窄,难以实现宽波段、光谱平坦的光频梳。针对上述问题,作者在攻读硕士期间围绕2微米波段宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤的设计及其在中红外光频梳产生方面的应用开展研究工作,取得主要创新成果如下:(1)设计了一种全固态结构近零超平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤,其色散值位于0±1 ps/nm/km之间的波长范围覆盖1884~2747 nm。具体选择70Te O2-20Ba F2-10Y2O3(TBY)作为光纤的纤芯材料,33Al F3-9Ba F2-17Ca F2-12YF3-8Sr F2-11Mg F2-15Te O2(ABCYSMT)作为光纤的包层材料,引入两层与纤芯材料相同的环状层结构,通过优化纤芯及环状层的尺寸,设计出具有三个零色散点(分别位于1958 nm、2249 nm和2587 nm波长处)的氟碲酸盐玻璃光纤,在1884~2747 nm波长范围内,光纤色散值位于0±1 ps/nm/km之间,其非线性系数为306/W/km。(2)利用上述光纤作为非线性介质,实现了光谱范围覆盖1400~4500 nm波段的宽带中红外光频梳。具体选用中心波长为1990 nm、重频为45 GHz、平均功率为3 W、脉宽为780 fs的超短脉冲作为泵浦光,通过数值求解非线性薛定谔方程,研究了氟碲酸盐玻璃光纤的色散及长度等参数对产生光频梳光谱的影响。当光纤长度为4 m时,获得了输出光谱覆盖1400~4500 nm波段的光频梳,其20 d B光谱范围覆盖1833~2276 nm。此外,我们还研究了泵浦光重频变化对光频梳性能参数的影响。上述研究结果表明,该2微米波段宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤可用于研制宽带中红外光频梳。

周宁宁[2](2020)在《色散近零平坦的氟碲酸盐光纤设计及其在中红外光频梳中的应用》文中研究说明25μm中红外光频梳在空间大气通信、中红外天文光谱学、高速分子传感等领域以及遥感,测距等方面都有着重要应用。在光纤中,光频梳的产生是通过将具有固定频率间隔的两束或两束以上的连续光注入到光纤中,在级联四波混频效应的作用下产生频率间隔为GHz到THz可调谐的光频梳。目前,绝大多数的光纤光频梳是由色散近零平坦的石英基高非线性光纤产生,然而,石英玻璃材料受到其本身透过窗口的限制,导致其难以用于研制中红外波段的光频梳。另外,石英基玻璃光纤的非线性系数较低,限制了光频梳的带宽。针对上述问题,作者在攻读硕士期间,设计了一种非线性系数高、色散近零平坦的氟碲酸盐中红外玻璃光纤,并研究了这种光纤作为非线性介质产生中红外光频梳的潜力,具体研究成果如下:(1)设计了一种用于中红外光频梳产生的色散近零平坦的氟碲酸盐光纤。光纤的纤芯材料为70TeO2-20BaF2-10Y2O3(TBY)玻璃,包层材料为33AlF3-9BaF2-17CaF2-12YF3-8SrF2-11MgF2-10TeO2(ABCYSMT)玻璃。首先,在阶跃型结构氟碲酸盐光纤中,通过改变光纤的芯径,得到零色散波长位于2μm附近的色散曲线。为获得2μm波段更加平坦的色散特性,在上述阶跃型结构氟碲酸盐光纤的包层中加入一层高折射率的TBY玻璃环形结构,从而引入额外的波导色散。通过调节光纤芯径及环形结构厚度等参数,获得2μm波段近零平坦的色散曲线。其中,波长在18502150 nm范围内时,光纤的群速度色散值为-0.3ps/km/nm0.32 ps/km/nm。这种光纤兼具宽带中红外透过窗口、高非线性系数和近零平坦的色散特性,有利于产生宽带中红外光频梳。(2)研究了色散近零平坦的氟碲酸盐微结构光纤在中红外光频梳中的应用。通过使用对称分布傅里叶变换方法求解非线性薛定谔方程,研究了基于上述氟碲酸盐光纤产生中红外光频梳的结果。将重复频率为50 GHz的超短脉冲激光输入到上述色散近零平坦的全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤中,在2 m长氟碲酸盐光纤中得到了光谱范围覆盖1.15μm的宽带光频梳。当泵浦光重复频率为10100GHz时,可获得重复频率为10100 GHz可调的宽带中红外光频梳。该结果表明利用色散近零平坦的氟碲酸盐光纤作为非线性介质可以产生频率间隔大范围可调谐的宽带中红外光频梳。

张秀[3](2020)在《光子晶体光纤中矢量光场特性及应用的数值研究》文中研究表明光子晶体光纤(Photonic crystal fiber,PCF)具有周期性结构和无截止单模特性,通过改变光纤的结构参数即可实现模场尺寸可调、色散可控等特性,被广泛应用于光场调控以及非线性光纤光学领域,在超连续谱产生(Supercontinuum generation,SCG)的研究中具有重要应用。光纤中的矢量光场是一种非均匀偏振光场,由于其偏振状态会随着空间分布的变化而发生改变,在光束的单色横截面上,偏振状态各不相同,因而表现出很多新的光学现象,成了光学领域的研究热点之一。本文基于纤芯中心具有空气孔的石英PCF和As2Se3PCF研究了不同矢量模式的光场分布、限制损耗、有效折射率及色散特性,并对As2Se3PCF中基模(HE11)以及高阶模(TE01、HE21、TM01)泵浦情况下的SCG进行模拟研究。主要研究结果如下:一、设计PCF结构,建立光纤结构的物理模型。通过控制结构参数来获取理想的光纤有效折射率特性及色散、损耗特性。数值分析了光纤中心空气孔直径(从0到1.5μm)以及占空比(从0.70到0.87)对PCF相关特性的影响。在石英PCF和As2Se3PCF中,当占空比为0.75时,随着光纤中心空气孔直径的增大,基模与高阶模之间的有效折射率差异(δneff)减小,而三个高阶模式之间的δneff在逐渐增大。在石英PCF中,中心空气孔直径为1.0μm时,随着占空比的增大,相邻模式之间的δneff也在逐渐增大。在波长2μm处,占空比为0.70时,基模与高阶模之间的δneff最大达到0.03053,而高阶模之间的δneff最大达到0.01199。As2Se3PCF中,在长波处,由于中心空气孔的大小(0.5-1.5μm)远小于传输的波长范围(5-10μm),所以基模中心空气孔中有场增强的现象发生。在波长5μm处,占空比为0.75时,基模与高阶模之间的δneff为0.03098,高阶模之间的δneff达到0.06867。模式的色散特性受结构波动较大,基模的色散曲线相对高阶模变化更平稳。高阶模式的反常色散区也比基模的反常色散区更宽,这一特性对于SCG的产生有重要影响。优化后的As2Se3PCF的损耗在1-9μm波段保持在~1 d B/m以内,保证了PCF在中红外波段的应用。二、基于As2Se3PCF,研究了基模(HE11)以及高阶模(TE01、HE21、TM01)泵浦情况下的SCG以及SC的相干性。对光纤中心空气孔直径从0到1.5μm每隔0.5μm进行模拟,HE11模式泵浦时,超连续谱(Supercontinuum,SC)的范围依次是1.2-6.0μm、1.9-8.5μm、2.0-8.0μm和1.7-7.3μm。TE01模式泵浦时,SC的范围依次是1.2-6.0μm、1.2-5.5μm、1.2-6.0μm和1.4-6.5μm。HE21模式泵浦时,SC的范围依次是1.2-7.5μm、1.2-5.0μm、1.2-5.0μm和1.2-5.5μm。TM01模式泵浦时,SC的范围依次是1.2-8.1μm、1.2-7.0μm、1.2-6.4μm和1.1-6.6μm。HE11模式的第一个零色散波长(Zero-dispersion wavelength,ZDW)长于其他高阶矢量模式,有利于通过孤子效应的产生更长波段的光。TM01模式的第二个ZDW低于其他矢量模式,因此两个ZDW之间的间隔更短,有利于长波方向产生色散波。因此HE11与TM01模式产生了相对较宽的SC。由于峰值功率过高,噪声被放大,导致产生的SC的光谱的相干性普遍较差。

于洋[4](2020)在《掺镱光纤激光放大器及波长扩展技术的研究》文中认为飞秒激光的飞速发展源于许多领域的应用需求,其中掺镱光纤激光器得益于其高功率的优势,分别在基础科学、激光加工、精密计量、光学通讯、显微镜和光谱学方面起到了至关重要的作用。在众多超快激光系统中,超短脉冲掺镱光纤激光器因其高功率、出色的光束质量、免维护、结构紧凑等特性,得到了广泛研究。本论文主要致力于基于掺镱超短脉冲光纤激光器的研究,对飞秒激光光纤振荡器、飞秒光纤线性及非线性放大技术进行了详细的理论和实验研究,搭建了多台基于掺镱光纤的高功率激光放大系统,并基于自主搭建的激光系统,利用非线性晶体和光纤对超短脉冲波长拓展技术进行了研究,实现了多种波长的高功率大能量激光脉冲输出,为多波长的超短脉冲激光在激光加工、生物医学成像应用提供大能量的脉冲激光光源。本论文的主要研究内容和取得的创新结果有以下方面:1.基于非线性光学放大镜技术,研究了适用于低重复频率应用的掺镱光纤振荡器,在8 MHz、6 MHz和4 MHz情况下实现了全光纤结构的光纤激光振荡器,首次在掺镱的非线性环形镜锁模振荡器中得到脉冲宽度小于100 fs的超短脉冲,且脉冲能量接近10 n J,峰值功率100 k W。实验中测量了NALM锁模振荡器的功率稳定性,在10小时内的功率抖动仅为0.04%(RMS),证明了此种振荡器优越的环境稳定性。2.基于非线性偏振旋转锁模技术,搭建了一套基于掺镱光纤的振荡器,通过合理控制腔内色散,获得了腔内净色散在近零区域内的锁模输出,并利用光纤啁啾脉冲放大技术,实现了重复频率为75 MHz的全光纤保偏放大系统,系统增益接近30 d B,放大后平均功率15 W,压缩后最大平均功率12 W,单脉冲能量160 n J,压缩效率高达80%,压缩后的脉冲宽度为150 fs。基于上述系统,利用非线性频率转化的方法,分别使用LBO和BBO晶体得到了波长为520 nm和260 nm的激光输出,平均功率分别为5.6 W和560 m W,测量了在4小时内520 nm绿光激光的平均功率抖动,仅为0.16%。3.基于抛物线型脉冲和非线性Cubicon放大原理,使用普通单模保偏光纤作为展宽器,设计并实现了脉冲宽度为200 fs,脉冲能量为1μJ,重复频率为1-10 MHz之间可调,中心波长位于1037 nm,FWHM为8 nm的掺镱光纤激光系统,脉冲宽度与变换极限宽度几乎相同,证明了基于抛物线型脉冲和非线性Cubicon放大的试验方法的可行性。基于此原理,设计并搭建了一套工程化激光器,输出脉冲宽度为230 fs,重复频率为1-10 MHz之间可调,中心波长位于1038 nm,FWHM为10 nm的线偏振脉冲输出,验证了抛物线型脉冲和非线性Cubicon放大方案的可重复性,为全光纤型超短脉冲激光系统提供了可靠的实验验证。4.基于光纤中的SPM效应实现了掺镱光纤激光器的光谱拓展,设计并在实验中验证了光谱拓展的实际可实现性,在LMA-8光纤中初步实现了调节范围覆盖940-1250 nm的可调谐脉冲,在940 nm和1250 nm处的脉冲能量大于30 n J,脉冲宽度介于80-120 fs之间。进一步,实验中分析了增加拓展后的脉冲能量的方法,并通过增加光纤MFD和减少光纤长度增加了光谱拓展的输出能量,使用ESM-12光纤实现了在925 nm到1150 nm之间光谱可调谐,尤其是在1150 nm处实现单旁瓣能量大于75 n J,双旁瓣能量大于100 n J,脉冲峰值功率接近1 MW,转换效率接近50%。

李真睿[5](2019)在《基于全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤的中红外超连续光源研究》文中研究指明2-5μm中红外超连续(Supercontinuum,SC)光源在频率计量、分子光谱学、生物医学、国防和安全等领域有着广泛的应用。全光纤SC光源具有结构紧凑、抗干扰能力强、输出光束质量好等优点而受到研究者的广泛关注。在前期工作中,我们研制出了一种新型中红外氟碲酸盐(TeO2-BaF2-Y2O3,TBY)玻璃光纤。与之前报道的碲酸盐玻璃光纤、氟化物玻璃光纤和硫系玻璃光纤相比,其具有较高的化学稳定性及抗激光损伤能力。初步实验结果表明,该光纤是一种潜在的可用于研制宽带、高功率中红外SC光源的非线性介质。在攻读博士期间,作者围绕基于全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤的宽带宽、高功率中红外SC光源展开研究,并取得以下研究结果:(1)首次在拉锥的全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤中实现了光谱范围覆盖600-5400 nm的宽带SC光源。实验中,使用棒管法制备了芯径为6μm的全固态氟碲酸盐玻璃光纤,并进一步结合光纤拉锥技术制备出色散渐变的拉锥氟碲酸盐玻璃光纤。利用上述拉锥光纤作为非线性介质,利用工作波长为2010 nm的飞秒光纤激光器作为泵浦源,实现了光谱范围覆盖600-5400 nm的SC光源,这是目前利用氟碲酸盐玻璃光纤获得的输出光谱最宽的SC光源。当泵浦功率为1.57 W时,获得的SC光源输出功率约为0.85 W,相应的光-光转换效率约为54.1%。(2)利用全固态氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,搭建出平均输出功率为22.7 W、光谱范围覆盖1000-3950 nm的SC光源。实验中,利用芯径为11μm、长度为60 cm的全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,利用实验室自己搭建的2μm高功率超短脉冲光纤激光器作为泵浦源,当入射泵浦功率为39.7 W时,获得了平均输出功率为22.7 W、光谱范围覆盖1000-3950 nm的中红外SC光源,相应的光-光转换效率约为57.2%。此外,在上述超连续续光源运转的过程中,未观察到氟碲酸盐光纤有任何损伤。(3)利用色散调控的全固态氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,获得了调谐带宽覆盖1.96-2.82μm的中红外拉曼孤子激光。实验中,利用芯径为2.7μm、50 cm长的全固态氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,利用工作波长为1960 nm的飞秒光纤激光器作为泵浦源,在孤子自频移的作用下,获得了调谐带宽覆盖1.96-2.82μm的中红外拉曼孤子激光。其中,波长为2.82μm拉曼孤子激光的脉冲宽度约为93 fs,其光-光转换效率约为18%。

马瑞[6](2019)在《光纤随机激光模式调控与应用研究》文中研究指明光纤随机激光器作为一种新型的光纤激光器,近十多年来受到广泛的关注与研究。作为对传统随机激光器的延续发展,光纤随机激光器将一维光纤结构中的多重散射效应作为有效的光学反馈机制,配合非线性增益,在不需要传统谐振腔的结构中产生独特的随机激光现象。从最早光子晶体光纤中填充混有纳米散射颗粒的激光染料形成的光纤随机激光,到随机分布的光纤光栅结构构成的相干反馈光纤随机激光,再到基于传统商用标准单模光纤中分布式瑞利散射构成的分布反馈式光纤随机激光,光纤随机激光器的发展经历了从相干反馈到非相干反馈,从强无序散射结构到弱无序结构的过程,并最终在非相干反馈光纤随机激光器领域发展壮大,带动了诸如高功率/高效率、窄线宽、宽谱可调谐光纤随机激光器的丰富发展,并在光纤传感、超长距离光纤通信等领域得以应用。光纤随机激光器的发展也从起初光谱、功率特性的研究,逐渐拓展到偏振态、新波长、时域特性、非线性机制、多模特性的研究。纵观光纤随机激光器的发展历史,绝大多数的研究工作集中在连续光运转和单横模激发的前提下,这是因为受限于光纤随机激光器中随机散射形成的开放结构,很难基于传统谐振腔机理产生脉冲型随机激光,以及受制于常用的单模光纤作为激射载体,虽然降低了激射阈值但也阻碍了对多模特性的分析和研究。因而,目前对于更复杂的光纤随机激光脉冲产生、多横模激发等研究尚属起步阶段,仍有大量基础问题亟待解决和丰富发展。本论文紧跟光纤随机激光器发展的前沿动态,聚焦于对光纤随机激光模式调控特性的研究,从纵模的波长、时域脉冲、谱宽特性,以及横模的低空间相干性特性多个角度入手,研究分析模式调控的新机理,并以无散斑成像照明为切入点重点研究多横模光纤随机激光器的应用。本论文的主要研究内容总结如下:(1)研究了相干反馈机制下有源光纤随机激光器的模式调控特性,从激射波长的稳定,到激射波长的选择,以及产生时域脉冲等角度对光纤随机激光的输出特性进行调控。相干反馈机制的有源光纤随机激光器基于空间随机分布的光纤光栅阵列提供随机谐振反馈,因而具有产生随机激射所需光纤长度短、阈值低、结构紧凑、存在丰富的随机谐振等特点,也正因为如此,该类型光纤随机激光器由于强烈的模式竞争效应以输出波长随时间强烈变化为典型特点,因而对该类型光纤随机激光器的模式调控具有重要科学意义。我们首次提出通过引入外部控制光照射在随机分布光纤光栅阵列上引入局部增益微扰,在特定的控制光注入位置激光器的输出表现为稳定单峰的随机激光激射,并通过改变注入光的位置有效调节激射波长,为稳定和调控相干反馈光纤随机激光器的运行提供了新思路。此外,利用相干反馈光纤随机激光器存在的丰富的谐振特性,通过引入基于石墨烯的可饱和吸收体,首次实现了该类型光纤随机激光器的调Q锁模脉冲产生,通过分析谐振频率发现了局域模式与全局模式共振的运转机理,为脉冲型光纤随机激光的产生以及时域模式特性的规整提供了新思路。(2)开展了基于光纤随机激光泵浦的超连续谱产生的研究。基于瑞利散射反馈机制的光纤随机激光器具有得天独厚的开放结构,不依赖于波长选择器件,具有超宽谱的有效反馈,为了充分发掘该开放结构激射过程的带宽特性,我们引入非线性光纤,结合调制不稳定等非线性效应,采用光纤随机激光激发超连续谱过程,通过泵浦功率的改变可以有效调控输出带宽。光纤随机激光作为泵浦源与超连续谱激发的桥梁,可以将位于正常色散区的激光转换为超连续谱,并充分利用全开放结构的优势,获得全谱段、平坦的超连续谱。此外,通过增强分布式瑞利散射效应和有效降低开放结构激射阈值,我们首次在后向传输方向获得了超连续谱产生,通过时域动态特性分析,发现后向超连续谱具有较低的时域相对强度波动,可以用来实现具有低噪声的宽谱光源。(3)将光纤随机激光的研究拓展到多横模的维度,重点研究了多模光纤随机激光器的散斑效应及其在无散斑成像照明领域的应用。传统单模或少模光纤的使用限制了对光纤随机激光多横模特性的研究,此外基于大芯径多模光纤激射的高阈值特性也阻碍了多模光纤随机激光器的发展。我们将单模光纤随机激光结构与超大芯径阶跃折射率多模光纤结合,获得了具有极低空间相干性的多模光纤随机激光。研究表明,多模光纤随机激光除具有满足无散斑成像照明要求的低空间相干性,更得益于其激射过程带来的高光谱密度而优于传统多模非相干光源。为了满足光学相干断层扫描等成像系统对宽谱光源的需求,我们也研究了超连续谱在多模光纤中的退相干特性,并与此同时揭示了光谱宽度、光纤芯径、光纤长度对降低空间相干性的贡献,为获得高效的退相干效果提供指导。传统光纤随机激光器最大的优势是结构简单以及易于高功率/高效率输出,我们研究了大功率多模光纤随机激光的散斑特性,基于主振荡功率放大器结构获得了约56 W的高功率多模光纤随机激光,并揭示了功率增加可以激发有效横模,从而进一步降低空间相干性的现象。(4)基于上述关于多模随机激光无散斑成像的实验研究,为了解释散斑对比度对多模光纤输出光场变化的依赖关系以及激光功率增加带来的空间相干性降低这些实验现象,深入理解多模光纤中模式数、模式功率分配等对散斑形成的影响,我们回归多模光纤的模式分析本源开展了理论研究。通过理论计算大芯径阶跃折射率多模光纤支持的横模电场分布,根据光纤模式分解和组成的原理,给每一阶横模施加特定的模式系数,从而调控整体的模式组成,灵活地研究模式数、不同阶数模式对最终模场形成的影响。并通过引入随机相位调制,模拟散斑形成的过程,通过对散斑图样散斑对比度的分析,研究不同模式组成对多模光纤输出空间相干性的影响。结果表明不同阶数模式对散斑形成的贡献是不一致的,低阶模式对应的散斑对比度明显小于高阶模式,因而整体模式的散斑对比度最低值出现在低阶模式功率占优但整体模式之间功率相对均匀的条件。这一工作对设计、优化、调控多模光纤输出端的空间相干性提供了理论指导。

杨林永[7](2019)在《阶跃折射率氟化物光纤中超连续谱产生研究》文中认为工作波长在中红外波段的超连续谱(SC)光源,与传统的中红外光源相比,具有光谱宽、空间相干性高等特点,在光谱学、生物医学、环境监测、国防安全等诸多领域有重大潜在需求。十余年以来,基于氟化物光纤的高功率中红外超连续谱光源得到了快速发展,但主要集中在非掺杂ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)光纤产生中红外超连续谱方面,且功率有待进一步提高;关于在掺杂稀土离子的ZBLAN光纤或在非掺杂InF3光纤中产生中红外超连续谱的研究较少,获得的超连续谱的功率较低。本文对基于阶跃折射率氟化物光纤的高功率中红外超连续谱光源进行了较为全面的研究,主要包括对Ho3+:ZBLAN光纤、Er3+:ZBLAN光纤、非掺杂ZBLAN光纤和非掺杂InF3光纤中产生高功率中红外超连续谱进行了理论与实验研究,主要内容包括:对氟化物光纤中超连续谱产生过程进行了理论研究。得出了如下结论:Ho3+位于3.8μm附近、由激发态吸收过程导致的强吸收峰是阻碍Ho3+:ZBLAN光纤中SC光谱拓展的主要因素;ZBLAN光纤输出的SC光谱最终受限于ZBLAN光纤的长波透过率窗口;非掺杂InF3光纤是产生光谱覆盖3-5μm波段的中红外SC的优良介质,且长波长泵浦方案具有对脉冲峰值功率要求低和功率转换效率高等优点。上述结论对实验工作有重要的指导意义。提出了ZBLAN光纤放大器中产生光谱平坦型中红外SC的技术方案——“级联的放大-频移”方案,并基于该方案在Ho3+:ZBLAN光纤放大器中直接获得了光谱平坦型中红外SC激光输出。搭建了基于氧化锗光纤的2-3μm波段宽谱种子源和Ho3+:ZBLAN光纤放大器,并对Ho3+:ZBLAN光纤放大器输出的SC在不同信号光脉冲重复频率下的光谱和功率特性进行了研究。实现了光谱覆盖范围为2.8-3.9μm、平均功率为411 m W的中红外SC输出,SC的3-dB光谱范围为2.93-3.70μm。这是国际上在Ho3+:ZBLAN光纤放大器中输出光谱平坦型中红外SC的首次报道。指出了Ho3+:ZBLAN光纤输出的3-4μm波段SC的长波边主要限制因素为Ho3+的激发态吸收(5I6→5I5)。开展了大模面积掺铒ZBLAN光纤放大器产生中红外超连续谱的研究。分别以基于氧化锗光纤的和以基于非掺杂ZBLAN光纤的2-3μm波段SC激光为信号光,研究了Er3+:ZBLAN光纤放大器在不同脉冲重复频率和不同掺杂光纤长度下输出的超连续谱的光谱和功率特性:以基于氧化锗光纤的2-3μm波段超连续谱为信号光,获得了最大光谱覆盖范围2.70-4.25μm、平均功率1.75 W、光-光转换效率20.5%的中红外SC输出;以基于非掺杂ZBLAN光纤的2-3μm波段SC为信号光,提升了信号光的耦合效率和有效信号光功率,实现了Er3+:ZBLAN光纤放大器光-光转换效率的明显提升,最高光-光转换效率可达33.0%(接近Stokes效率),获得的SC的平均功率2.08 W、光谱覆盖范围为2.70-4.25μm。获得的SC在平均功率和光-光转换效率上为目前国际上公开报道的基于ZBLAN光纤放大器的SC光源的最高水平。开展了基于非掺杂ZBLAN光纤的2-4μm波段高功率SC光源的实验研究。在技术方案上,通过采用自行设计的大纤芯直径ZBLAN光纤,取消了泵浦源与非线性软玻璃光纤之间的模场匹配器,减小了光束从泵浦源到非线性光纤耦合时的损耗;在ZBLAN光纤端面制备了AlF3端帽以实现ZBLAN光纤的端面防护。分别以2μm波段皮秒锁模脉冲激光光源和2-2.5μm波段光谱平坦型超连续谱光源作为泵浦源,在一段长度仅为2米、纤芯直径为10μm的ZBLAN光纤中实现了平均功率30 W、光谱覆盖范围为1.9-3.4μm波段的SC输出,这是国际上首次基于氟化物光纤输出30 W级SC激光的报道。设计了纤芯直径为13.5μm的ZBLAN光纤,以2-2.5μm波段光谱平坦型SC光源作为泵浦源,在19 m长的该光纤中实现了平均功率为20.6 W、光谱覆盖范围为1.92-4.29μm波段的SC输出,SC的10-dB光谱覆盖范围为2.01-4.08μm。这是国际上首个基于ZBLAN光纤的20 W级、光谱10-dB长波边超过4μm的中红外SC光源的报道。开展了在非掺杂InF3光纤中产生2-5μm波段高功率SC的实验研究。基于石英-InF3光纤低损耗熔接、InF3光纤端面防护等技术,实现了高功率SC光源,并对输出的SC的光谱和功率特性进行了研究。以2-2.5μm波段SC光源作为泵浦源,实现了全光纤结构1.35 W的1.5-5.2μm光谱平坦型中红外SC输出,3-dB光谱范围为2.14-4.8μm。这是国际上首个关于石英-InF3光纤的低损耗熔接与InF3光纤的端帽制备的报道,也是首个基于InF3光纤的瓦级SC激光光源的报道。以2μm波段皮秒激光光源为泵浦源,获得了全光纤结构11.3 W的0.8-4.7μm超宽带中红外SC输出,这是国际上首个基于InF3光纤的十瓦级高功率全光纤SC光源的报道。以2-2.5μm波段高功率SC光源作为泵浦源,实现了全光纤结构11.8 W的1.9-4.9μm光谱平坦型中红外SC输出,10-dB光谱覆盖范围为2.05-4.60μm,其中获得的中红外SC在3.8μm以上的最高功率为2.18 W。获得的3.8μm以上光谱成分的功率也是国际上已公开报道的同波段平均功率最高的SC输出。

赵赛丽[8](2019)在《光子晶体光纤中调控光流氓波产生超连续谱的方法研究》文中认为当长脉冲(亚皮秒、皮秒、纳秒甚至连续波)泵浦光纤反常色散区时,调制不稳定性会不断放大输入端低幅度噪声并导致随后通过高阶孤子衰变产生的基阶孤子振幅以及脉宽出现较大波动。这些具有不同能级以及脉冲宽度的基阶孤子在群速度方面的差异性将导致孤子间发生碰撞。孤子碰撞将导致具有较低峰值功率的基阶孤子将部分能量转移给具有较高峰值功率的基阶孤子从而使其形成光流氓波(RW)。光RW是一种具有超高强度极大红移并产生在超连续谱(SC)长波长处的低概率事件,它的产生使得SC光谱的相干性、稳定性以及平坦性严重退化。因此如何有效调控光RW的产生以提高输出SC光源的性能逐渐成为非线性光学领域一个重要的研究热点。具有灵活可调的色散以及非线性特性的光子晶体光纤(PCF)为研究光RW可控产生提供了良好的传输平台。基于对光RW产生的有效调控,人们可以根据对SC光源的需求来确定产生亦或抑制光RW;另外也可以利用光RW具有超高强度极大红移的特性实现SC的可选择激发,即在特定长波长处甚至中红外波段处产生高强度频谱成分,从而为全光纤型可调谐的中红外SC光源高效激发提供可选择方案。本文数值模拟研究了经过具有合适调制深度以及调制频率的种子光调制后的泵浦光入射光纤反常色散区导致光RW可控产生物理机制,取得的主要研究成果如下:1.根据量子理论,推导了当需要考虑噪声影响时,泵浦长脉冲产生光RW所遵循的包含自发拉曼散射噪声的非线性薛定谔方程。同时,简要介绍了分步傅里叶算法以及对SC光源进行时频分析所采用的基于短时傅里叶变换算法的相关技术。详细阐述了光纤中SC产生过程中孤子之间、孤子与色散波之间、以及光RW与色散波之间主要的相互作用过程。2.研究了经过具有不同调制频率以及不同调制深度的种子光调制后的亚皮秒量级光脉冲泵浦硅PCF的反常色散区时光RW以及SC的产生。对比于噪声诱导的调制不稳定性,具有最佳调制频率的种子光诱导的调制不稳定性有助于显着提高SC产生过程中光RW出现的统计学概率,并促使光RW具有相对稳定的强度、相对集中的时延以及能够红移至更长波长处。另外,当种子光具有更合适的调制深度时,输出光RW可以获得更高强度并能够产生于光纤较短传输距离处。这些研究结果表明了对比噪声诱导的调制不稳定效应,具有合适的调制频率以及调制深度的种子光诱导的调制不稳定效应能够通过抑制噪声影响促使光RW相对可控地产生在SC光源的长波长处,从而为实现可调谐的长波长光谱成分的产生以及中红外SC的选择性激发提供了新的思路。3.研究了如何利用级联PCF通过治理光RW解决输出SC能量分布不均匀并最终扩展输出SC的频谱带宽以及提高输出SC的光谱平坦性。其中,级联光纤由两级组成:第一级为单零色散点PCF,第二级为双零色散点PCF。在第一级PCF中,通过选择具有最佳调制频率的种子光调制亚皮秒量级光脉冲以抑制噪声影响,从而相对可控地产生具有较大红移的高强度光RW。在第二级PCF中,通过调整该PCF的第二个零色散波长的位置来将在第一级PCF中产生的光RW转化为不同波的形式。当第二级PCF的第二个零色散波长位于较短波长处时,在第一级PCF产生的光RW将直接进入第二级PCF的正常色散区,从而将光RW直接转化为色散波的形式,进而提高输出SC的光谱平坦性;当第二级PCF的第二个零色散波长增长到一定波长范围时,在第一级PCF中产生的光RW将进入第二级PCF的反常色散区,并在拉曼效应作用下不断红移。当光RW到达第二个零色散波长附近时将在拉曼效应和光谱反冲效应的共同作用下停止红移并在满足相位匹配的条件下通过互相位调制作用在PCF的正常色散区辐射出红移色散波,从而扩展输出SC的频谱带宽。4.研究了如何通过有效调控具有超高强度极大红移的光RW产生来增强中红外波段功率谱强度以及将中红外SC进一步向长波长处扩展。由于利用软玻璃材料制备的PCF可以促使SC光谱范围逐渐地从可见光波段向紫外和中红外波段扩展,我们数值研究了经过种子光调制的亚皮秒量级光脉冲泵浦由硫化物As2Se3制成的PCF的反常色散区时光RW以及中红外SC的产生过程。在考虑随机噪声的影响下进行多次数值仿真,其研究结果表明了提供一个具有最佳调制频率的种子光可以促使光RW相对可控地产生从而提高中红外SC光谱的稳定性。对比于噪声诱导的调制不稳定性,具有最佳调制频率的种子光诱导的调制不稳定性可以促使光RW具有较高的强度以及较大的红移,从而提高中红外SC长波长频谱成分的信噪比以及扩展中红外SC的长波长波段。另外,通过提高泵浦光功率可以进一步促进光RW红移以及扩展中红外SC的频谱宽度。

田优梅[9](2019)在《全正色散硫系光纤及其相关性能的研究》文中研究指明中红外超连续谱(SC)光源因其在红外光学相干断层扫描(OCT),计量学和非线性光谱等领域的潜在应用而引起了广泛关注。SC在诸多领域的应用要求其具有较高的相干性,而在正常色散区泵浦可实现SC谱的高相干性。目前,对于全正色散光纤的研究已涉及到各种结构与材料,而硫系玻璃透过范围较宽,是实现全正色散分布的理想光纤。本文提出了一种具有W型折射率分布的双包层结构Te基硫系玻璃光纤。基于Ge-As-Se-Te(GAST)玻璃,光纤结构参数通过详细的数值分析进行研究。由于它们的材料ZDW较大,在这种Te基玻璃光纤中易于实现全正常的色散分布。仿真结果表明,经过结构参数优化后的双包层Te基玻璃光纤可以实现中红外工作波段全正常色散分布。在数值研究基础上,采用多次挤压法制备了优化的Te基硫系玻璃光纤,具有全正常色散分布。在5μm处,对19 cm长的光纤用超短脉冲(150 fs,1 k Hz)泵浦可产生覆盖1.511μm的宽带SC,再通过数值模拟研究了SC的相干性能。结果表明,在这种全正常色散光纤中可以产生3.510.5μm的高相干SC。本文调研了全正色散光纤色散特性,对大材料零色散点的GAST硫系玻璃光纤进行组分优化,改善双包层光纤结构参量以调节色散,设计了一种新型的色散可调的双包层光纤,并对其性能进行了进一步的测试研究。首先,简要概述了近年来关于全正色散硫系光纤的研究成果及应用发展,分析了双包层硫系光纤在红外波段实现全正色散的优势。然后,选取Te基硫系玻璃作为双包层基质材料,其中Ge20As20Se15Te45、Ge20As20Se17Te43和Ge15As25Se15Te45分别作为光纤的纤芯、内包层和外包层材料。对三种样品玻璃进行制备和组分优化,并对它们的物理特性进行研究。采用有限元法计算得到了双包层光纤色散系数,细致的分析了双包层光纤色散系数和非线性特性与各结构参数之间的关系。选取实现全正色散分布的结构参数,采用挤压法多次挤压制备出双包层预制棒并拉制成理想的双包层光纤。再对其进行超短飞秒脉冲泵浦,对SC非线性作用及激光展宽性能进行理论研究与分析。实验结果表明GAST新型双包层光纤在正常色散区泵浦获得覆盖1.511μm较宽且平坦的中红外SC输出,并研究了双包层光纤超短脉冲泵浦时输出SC的相干特性。最后,对本文工作内容的总结,并指出了研究工作的不足。

陈朋[10](2019)在《低零色散点硫系光纤研制及其超连续谱研究》文中研究表明超连续谱光源具有频谱范围宽、空间相干性强和亮度高等特点,可以广泛应用在国防、医学及科研等相关领域。同时在中红外波段,因其覆盖了绝大部分分子指纹吸收区,所以,在环境监测、气体分子检测等领域也有很重要的应用前景。国际上关于硫系光纤在中红外激光器泵浦下实现的超连续谱输出的研究已经达到了非常高的水平,已报道的阶跃型光纤包括As2Se3、As2S3、Ge As Se、Ge Te-Ag I等采用长波光学参量放大(OPA)激光器脉冲泵浦。但是OPA体积庞大,不利于器件的便携和集成。通过微结构设计或者拉锥实现硫系光纤ZDW波长蓝移来适应短波长可便携商用激光器(如2μm锁模光纤激光器)泵浦,从而实现全光纤化的硫系红外SC谱光源。考虑到硫系微结构光纤实际制备难度太大,而且仅凭结构色散很难将ZDW波长迁移至2.0μm以下,拉锥光纤机械强度较低而且SC谱输出较窄。本文着眼于材料色散,首次提出材料色散调控的具体方法,即利用低色散的卤化物(Cs I)组分,调控Ge-Ga-Se基质的硫卤(硫系和卤化物)玻璃,对比了(Ge Se2)55-(Ga2Se3)25-(Cs I)20和(Ge Se2)36-(Ga2Se3)24-(Cs I)40两种玻璃的物化性能和红外光学特性,并对Ge-Ga-Se-Cs I玻璃的制备工艺进行了研究,对比了提纯工艺对玻璃红外透过光谱的影响,然后采用塞米尔方程(Sellmeier)拟合了两种玻璃的材料色散,研究材料组分对色散调控的具体作用,通过去皮挤压法挤压出硫卤光纤预制棒,最后利用聚合物的保护对两种玻璃进行光纤拉丝实验,验证了这两种硫卤玻璃的成纤性能,并对其进行了超连续谱测试实验,为实现全光纤化红外SC光源以及促进红外光学发展有着非常重要的作用。本文第一章为绪论,简要介绍了中红外超连续谱,回顾了近年来关于软玻璃的超连续谱研究现状并重点介绍了硫系光纤的红外超连续谱研究进展,并提出了本工作的研究内容。第二章介绍了硫卤玻璃的基本理论,研究了几种硫卤玻璃体系及其结构模型,探讨硫卤玻璃的一些基本性质,发现这种玻璃体系可能满足低色散硫系玻璃的要求。第三章主要介绍了低色散硫系光纤的制备方法,以及各项性能测试和方法,包括玻璃和光纤预制棒的制备、光纤拉制、玻璃的热学性能、红外透过光谱、折射率和光纤损耗以及超连续谱测量方法等。第四章研究了Ge-Ga-Se-Cs I硫卤玻璃的热学性能,探索进一步的光纤制备的可能性,通过对原料的蒸馏提纯以及熔制曲线的改进,分析了硫卤玻璃的透过曲线,通过测试和模拟计算获得玻璃的折射率,并对折射率进行模拟计算研究硫卤玻璃的材料色散,最后对硫卤玻璃的激光损伤阈值进行测试分析。第五章针对硫卤玻璃的特性研究了一种创新的去皮隔离挤压法,制备了硫卤光纤预制棒并通过多次拉丝实验找到合适的聚合物保护,接着对光纤损耗进行了分析说明,最后采用OPA泵浦,获得较宽的超连续谱,并尝试了光纤激光器泵浦,对实现全光纤化红外SC光源以及促进红外光学发展有着非常重要的意义。最后一部分为结论,总结了本论文所取得的主要研究成果,并对研究过程中的不足和在以后的工作中需要深入探讨的问题进行了简要说明。

二、阶跃型红外光纤色散的理论研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、阶跃型红外光纤色散的理论研究(论文提纲范文)

(1)2微米波段宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤的设计及光频梳研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 选题背景及意义
    1.2 光学频率梳种类及其研究现状
        1.2.1 基于锁模激光器的光频梳
        1.2.2 基于光学微谐振器的克尔微梳
        1.2.3 基于激光外调制的光频梳
        1.2.4 基于光纤中级联四波混频效应产生的光频梳
    1.3 中红外光频梳目前存在的问题
    1.4 本论文的工作内容
第2章 光纤中光频梳产生机制及其数值模拟
    2.1 光纤中光频梳产生机制
        2.1.1 群速度色散
        2.1.2 自相位调制
        2.1.3 四波混频
        2.1.4 光孤子和色散波
        2.1.5 光波分裂
        2.1.6 调制不稳定性
    2.2 光在光纤中的传输理论
        2.2.1 广义非线性薛定谔方程的推导
        2.2.2 分步傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程
    2.3 本章小结
第3章 用于产生中红外光频梳的全固态结构宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤设计
    3.1 宽带近零平坦色散光纤的设计背景
    3.2 宽带近零平坦色散光纤设计的理论模型
    3.3 全固态结构宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤的设计
        3.3.1 光纤材料选择和结构设计
        3.3.2 仿真结果与讨论
    3.4 本章小结
第4章 全固态结构宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤在中红外光频梳中的应用
    4.1 中红外光频梳的泵浦光和广义脉冲传输方程中的参数
    4.2 基于宽带近零平坦色散光纤的光频梳产生
        4.2.1 中红外光频梳与光纤长度的关系
        4.2.2 中红外光频梳与泵浦功率的关系
        4.2.3 光纤色散对中红外光频梳产生的影响
        4.2.4 重复频率可调的中红外光频梳产生
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简介
致谢

(2)色散近零平坦的氟碲酸盐光纤设计及其在中红外光频梳中的应用(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 选题的背景及意义
    1.2 光频梳主要产生方式、特性及其研究进展
        1.2.1 基于锁模激光技术产生光频梳
        1.2.2 基于光学微腔产生光频梳
        1.2.3 基于电光调制器产生光频梳
        1.2.4 基于级联四波混频效应产生光频梳
    1.3 本论文的工作内容
第2章 光纤中光频梳产生、光谱展宽机制及其数值模拟
    2.1 光纤中光频梳产生及光谱展宽机制
        2.1.1 群速度色散
        2.1.2 四波混频
        2.1.3 自相位调制
        2.1.4 调制不稳定性
        2.1.5 光孤子和色散波
    2.2 光纤中的光传输理论
        2.2.1 广义非线性薛定谔方程的推导
        2.2.2 广义非线性薛定谔方程的数值求解算法
    2.3 本章小结
第3章 中红外色散近零平坦的全固态结构氟碲酸盐光纤设计
    3.1 中红外色散近零平坦的高非线性光纤设计背景
        3.1.1 中红外色散近零平坦的高非线性光纤研究意义
        3.1.2 中红外色散近零平坦的高非线性光纤材料选择背景
        3.1.3 色散近零平坦的高非线性光纤结构设计背景
    3.2 中红外色散近零平坦氟碲酸盐光纤设计
    3.3 本章小结
第4章 氟碲酸盐微结构光纤在中红外光频梳中的应用
    4.1 中红外光频梳产生方案
    4.2 中红外光频梳性能分析
        4.2.1 光纤长度对中红外光频梳的影响
        4.2.2 泵浦功率对中红外光频梳的影响
        4.2.3 光纤色散对中红外光频梳的影响
        4.2.4 泵浦光重复频率对中红外光频梳的影响
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简介
致谢

(3)光子晶体光纤中矢量光场特性及应用的数值研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 石英光纤和软玻璃光纤简介
        1.1.1 石英光纤简介
        1.1.2 软玻璃光纤简介
    1.2 光子晶体光纤简介
        1.2.1 光子晶体光纤的结构
        1.2.2 光子晶体光纤的种类
    1.3 矢量光束产生的发展及现状
    1.4 超连续谱产生的发展及现状
    1.5 本论文的主要内容
第二章 光纤中超连续谱产生理论
    2.1 光纤中的色散
    2.2 光纤中的非线性效应基本理论
        2.2.1 自相位调制与交叉相位调制
        2.2.2 受激拉曼散射与受激布里渊散射
        2.2.3 四波混频效应
        2.2.4 孤子效应
    2.3 光纤中非线性薛定谔方程及数值方法
    2.4 本章小结
第三章 光子晶体光纤中矢量光场的基本理论
    3.1 矢量光场基本理论
        3.1.1 矢量光束的数学描述
        3.1.2 光纤模式理论
        3.1.3 矢量光场的分类
    3.2 矢量光场的产生方法
    3.3 本章小结
第四章 石英光子晶体光纤中矢量光场的特性分析
    4.1 基于有限元法的模拟分析
    4.2 基于PCF矢量光场研究的模型构建
        4.2.1 材料选择
        4.2.2 光纤的结构设计
    4.3 石英PCF的矢量光场分布
    4.4 石英PCF的有效折射率和色散特性
    4.5 本章小结
第五章 硒化物光子晶体光纤中矢量光场的特性分析
    5.1 As_2Se_3 PCF的矢量光场分布
    5.2 As_2Se_3 PCF的损耗特性
    5.3 As_2Se_3 PCF的有效折射率特性
    5.4 As_2Se_3 PCF的色散特性
    5.5 光纤传输性能的优化
    5.6 本章小结
第六章 矢量光场在硒化物光子晶体光纤中超连续谱产生的应用分析
    6.1 模拟参数设置
    6.2 超连续谱的产生
    6.3 超连续谱的相干特性分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文工作总结
    7.2 论文的创新点
    7.3 进一步研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

(4)掺镱光纤激光放大器及波长扩展技术的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 超短脉冲掺镱光纤振荡器的研究进展
    1.2 超短脉冲掺镱光纤激光放大器的发展及现状
    1.3 基于掺镱光纤激光器的多波长超短脉冲激光研究进展
    1.4 本论文的研究内容与意义
第二章 飞秒掺镱光纤振荡器的实验研究
    2.1 引言
    2.2 超短脉冲在光纤中传输的基本理论
        2.2.1 传输光的介质—光纤
        2.2.2 光纤中的非线性效应
        2.2.3 超短脉冲在光纤中传输的基本理论
    2.3 锁模光纤激光器的基本原理
        2.3.1 可饱和吸收体锁模技术
        2.3.2 非线性偏振旋转锁模技术
        2.3.3 非线性环形镜锁模技术
    2.4 基于非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤振荡器的实验研究
    2.5 基于非线性光学环形镜锁模的掺镱光纤振荡器的实验研究
    2.6 本章小结
第三章 掺镱飞秒全光纤放大及非线性频率转换的实验研究
    3.1 高重复频率掺镱光纤振荡器的实验研究
    3.2 高重复频率掺镱光纤飞秒放大器的实验研究
    3.3 基于掺镱飞秒全光纤激光器的非线性频率转换的实验研究
    3.4 本章小结
第四章 基于抛物线型脉冲非线性放大掺镱光纤激光器的实验研究
    4.1 引言
    4.2 光纤放大中抛物线形脉冲的理论基础
    4.3 正色散光纤系统中Cubicon非线性放大的理论基础
    4.4 基于抛物线型脉冲的Cubicon非线性放大掺镱光纤激光器的实验研究
        4.4.1 基于SESAM锁模的光纤振荡器
        4.4.2 飞秒SESAM锁模种子源脉冲的整形与展宽
        4.4.3 基于抛物线型脉冲的非线性放大掺镱光纤激光器放大实验研究
    4.5 工程化的抛物线型脉冲非线性放大掺镱光纤激光器实验研究
    4.6 本章小结
第五章 基于掺镱光纤激光器的波长扩展的实验研究
    5.1 引言
    5.2 光纤中的自相位调制效应的理论与模拟
        5.2.1 光纤中的自相位调制效应
        5.2.2 自陡峭效应与受激拉曼散射对光谱展宽的影响
        5.2.3 光纤中色散对光谱展宽的影响
    5.3 基于自相位调制的非线性频率转换的实验研究
        5.3.1 使用模场面积更大的光纤增加脉冲能量
        5.3.2 缩短光纤的长度增加脉冲能量
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本论文的主要内容与讨论
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
作者简介

(5)基于全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤的中红外超连续光源研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 选题的背景及意义
    1.2 中红外超连续光源的研究进展
        1.2.1 基于锗基玻璃光纤的超连续光源研究进展
        1.2.2 基于氟化物玻璃光纤的超连续光源研究进展
        1.2.3 基于硫系玻璃光纤的超连续光源研究进展
        1.2.4 基于碲酸盐玻璃光纤的超连续光源研究进展
        1.2.5 基于氟碲酸盐玻璃光纤的超连续光源研究进展
    1.3 本论文的主要内容
第2章 光纤中的超连续谱产生机制及其数值模拟
    2.1 光纤中的超连续谱产生机制
        2.1.1 群速度色散
        2.1.2 自相位调制
        2.1.3 调制不稳定性
        2.1.4 受激拉曼散射
        2.1.5 孤子和色散波
    2.2 广义非线性薛定谔方程
        2.2.1 广义非线性薛定谔方程的推导
        2.2.2 广义非线性薛定谔方程的数值求解算法
    2.3 本章小结
第3章 基于拉锥氟碲酸盐光纤的宽带中红外超连续光源
    3.1 玻璃基本的表征
        3.1.1 玻璃差热特性分析(DTA)
        3.1.2 玻璃品质因数的计算
        3.1.3 玻璃的透过光谱测试
        3.1.4 玻璃的折射率测试
        3.1.5 玻璃非线性折射率的计算
        3.1.6 玻璃拉曼响应函数的计算
    3.2 拉锥氟碲酸盐光纤的设计和制备
        3.2.1 全固态氟碲酸盐光纤的制备
        3.2.2 拉锥氟碲酸盐光纤的设计和制备
    3.3 宽带超连续光源产生的实验装置
    3.4 实验结果与分析
    3.5 本章小结
第4章 基于全固态氟碲酸盐光纤的高功率中红外超连续光源
    4.1 高功率掺铥光纤激光器的研制
        4.1.1 基于孤子自频移技术的2μm超短脉冲激光器的研制
        4.1.2 高功率掺铥光纤放大器研制
    4.2 高功率中红外超连续光源的研制
        4.2.1 氟碲酸盐光纤的设计与制备
        4.2.2 高功率中红外超连续光源产生的实验装置
        4.2.3 实验结果及分析
    4.3 本章小结
第5章 基于氟碲酸盐光纤的宽带可调谐中红外拉曼孤子激光
    5.1 反常色散全固态氟碲酸盐光纤的设计与制备
    5.2 中红外拉曼孤子激光产生的实验装置
    5.3 实验结果与分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
致谢

(6)光纤随机激光模式调控与应用研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 光纤随机激光器研究背景
        1.1.1 随机激光器的发展历程
        1.1.2 光纤随机激光器的发展历程
        1.1.2.1 填充型光纤随机激光器
        1.1.2.2 随机光栅型光纤随机激光器
        1.1.2.3 瑞利散射型光纤随机激光器
    1.2 连续输出型光纤随机激光器研究进展
        1.2.1 高功率/高效率光纤随机激光器研究进展
        1.2.2 窄线宽光纤随机激光器研究进展
        1.2.3 多阶、宽谱、新波长光纤随机激光器研究进展
        1.2.4 基于新光纤的光纤随机激光器研究进展
        1.2.5 基于光纤随机激光应用研究进展
    1.3 脉冲输出型光纤随机激光器研究进展
        1.3.1 基于主动调控的脉冲输出型光纤随机激光器研究进展
        1.3.2 基于被动调控的脉冲输出型光纤随机激光器研究进展
    1.4 少模、多模光纤随机激光器研究进展
    1.5 论文研究意义及结构安排
第二章 光纤随机激光器的理论模型
    2.1 光纤随机激光相关物理现象
        2.1.1 光纤随机激光反馈机制
        2.1.1.1 瑞利散射
        2.1.1.2 光纤光栅反射
        2.1.2 光纤随机激光增益机制
        2.1.2.1 受激拉曼散射增益
        2.1.2.2 受激布里渊散射增益
        2.1.2.3 有源光纤增益
    2.2 基于瑞利散射的光纤随机激光器理论分析模型
    2.3 基于光纤光栅的光纤随机激光器理论分析模型
    2.4 本章小结
第三章 有源光纤随机激光的模式调控
    3.1 光纤随机激光相干和非相干反馈机制
    3.2 相干反馈光纤随机激光器的全光模式选择
        3.2.1 随机分布光纤布拉格光栅阵列的设计与制备
        3.2.2 相干反馈光纤随机激光器结构
        3.2.3 相干反馈光纤随机激光器自由运转状态
        3.2.4 相干反馈光纤随机激光器全光控制状态
    3.3 相干反馈光纤随机激光器的准锁模脉冲实现
        3.3.1 准锁模光纤随机激光器装置及核心器件
        3.3.2 准锁模光纤随机激光器的工作原理
        3.3.3 准锁模光纤随机激光器实验结果
        3.3.4 准锁模光纤随机激光器数值分析
    3.4 本章小结
第四章 光纤随机激光泵浦的超连续谱生成
    4.1 连续光的调制不稳定性效应
    4.2 光纤随机激光泵浦的全开放结构超连续谱生成
        4.2.1 开放光纤结构中随机激光泵浦超连续谱产生装置
        4.2.2 开放光纤结构中随机激光泵浦超连续谱输出特性分析
    4.3 基于光纤随机激光泵浦的后向传输低噪声超连续谱生成
        4.3.1 光纤随机激光泵浦的后向超连续谱生成装置
        4.3.2 光纤随机激光泵浦的后向超连续谱实验结果
        4.3.3 光纤随机激光泵浦的后向超连续谱运转机理讨论
    4.4 本章小结
第五章 低空间相干性光纤随机激光器及成像应用
    5.1 基于多模光纤随机激光的无散斑成像研究
        5.1.1 多模光纤随机激光的无散斑成像实验装置
        5.1.2 多模光纤随机激光的无散斑成像实验结果
    5.2 用于无散斑成像的光纤超连续谱光源退相干过程
        5.2.1 光纤超连续谱光源退相干实验装置
        5.2.2 光纤超连续谱光源退相干实验结果分析
    5.3 高功率低空间相干性光纤随机激光器
        5.3.1 高功率低空间相干性光纤随机激光器实验装置
        5.3.2 高功率低空间相干性光纤随机激光器实验结果
    5.4 本章小结
第六章 多模光纤模式功率分配与散斑形成关系的研究
    6.1 多模光纤模式分析仿真模型建立
    6.2 仿真结果分析及讨论
    6.3 本章小结
第七章 全文总结与展望
    7.1 全文研究内容总结及主要贡献
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果

(7)阶跃折射率氟化物光纤中超连续谱产生研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 中红外光纤超连续谱光源发展及应用简介
        1.1.2 常用光纤材料特性及选择
        1.1.3 高功率3-5μm波段中红外超连续谱光源技术方案简介
    1.2 非掺杂氟化物光纤中高功率超连续谱研究进展
        1.2.1 非掺杂ZBLAN光纤中产生高功率中红外超连续谱
        1.2.2 非掺杂InF_3光纤中产生中红外超连续谱
        1.2.3 功率提升和光谱拓展的限制因素
    1.3 掺杂氟化物光纤中超连续谱产生研究进展
        1.3.1 3-5μm波段常见增益离子及其能级特性
        1.3.2 氟化物光纤放大器中产生中红外超连续谱研究进展
        1.3.3 功率提升的限制因素
    1.4 论文研究内容与结构安排
第二章 氟化物光纤中超连续谱产生理论研究
    2.1 光纤主要特性及脉冲在光纤中的传输
    2.2 掺钬ZBLAN光纤中的超连续谱产生数值模拟
        2.2.1 参数设置
        2.2.2 数值模拟结果与分析
    2.3 非掺杂氟化物光纤中的超连续谱产生数值模拟
        2.3.1 非掺杂ZBLAN光纤中超连续谱产生
        2.3.2 非掺杂InF_3光纤中超连续谱产生
    2.4 本章小结
第三章 掺钬ZBLAN光纤放大器中中红外超连续谱产生
    3.1 ZBLAN光纤放大器方案设计
        3.1.1 ZBLAN光纤放大器的基本结构
        3.1.2 ZBLAN光纤放大器中光谱平坦型超连续谱产生方案设计
    3.2 基于氧化锗光纤的超连续谱种子源
    3.3 掺钬ZBLAN光纤放大器中光谱平坦型中红外超连续谱产生实验研究
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 超连续谱光谱特性与功率特性
        3.3.3 关于功率提升和光谱拓展的讨论
    3.4 本章小结
第四章 掺铒ZBLAN光纤中中红外超连续谱产生
    4.1 掺铒ZBLAN光纤放大器中中红外超连续谱产生方案设计
        4.1.1 Er~(3+):ZBLAN光纤放大器中直接产生中红外超连续谱方案设计
        4.1.2 Er~(3+):ZBLAN光纤的增益、色散和非线性特性
    4.2 掺铒ZBLAN光纤放大器中中红外超连续谱产生实验研究
        4.2.1 超连续谱的光谱特性
        4.2.2 超连续谱的功率特性
    4.3 掺铒ZBLAN光纤放大器斜率效率提升
        4.3.1 实验装置
        4.3.2 超连续谱的光谱和功率特性
        4.3.3 与文献中实验结果的比较
        4.3.4 关于进一步提升超连续谱性能的讨论
    4.4 本章小结
第五章 非掺杂ZBLAN光纤中高功率超连续谱产生
    5.1 基于ZBLAN光纤的高功率超连续谱光源方案设计
        5.1.1 非掺杂ZBLAN光纤中高功率超连续谱产生方案设计
        5.1.2 ZBLAN光纤的色散和非线性特性
        5.1.3 氟化物光纤端帽设计与制备
    5.2 非掺杂ZBLAN短光纤中高功率超连续谱产生
        5.2.1 石英-ZBLAN光纤熔接点及ZBLAN-AlF_3光纤端帽制备
        5.2.2 皮秒脉冲激光泵浦ZBLAN短光纤
        5.2.3 纳秒宽谱孤子群脉冲泵浦ZBLAN短光纤
    5.3 大纤芯直径非掺杂ZBLAN长光纤中高功率超连续谱产生
        5.3.1 ZBLAN 光纤设计及石英-ZBLAN 光纤熔接点制备
        5.3.2 超连续谱光谱、功率特性
        5.3.3 关于进一步提升超连续谱平均功率的讨论
    5.4 本章小结
第六章 非掺杂InF_3光纤中超连续谱产生
    6.1 InF_3光纤中瓦级光谱平坦型超连续谱产生
        6.1.1 InF_3光纤的色散、非线性特性
        6.1.2 超连续谱光源方案设计
        6.1.3 2-2.5μm宽谱泵浦源特性
        6.1.4 瓦级光谱平坦型超连续谱的光谱和功率特性
    6.2 InF_3光纤中高功率超连续谱产生
        6.2.1 InF_3光纤中高功率超连续谱产生方案设计
        6.2.2 2μm波段皮秒泵浦源特性
        6.2.3 高功率超连续谱的光谱以及功率特性
    6.3 InF_3光纤中高功率光谱平坦型超连续谱产生
        6.3.1 InF_3光纤中高功率光谱平坦型超连续谱产生方案设计
        6.3.2 高功率2-2.5μm宽谱泵浦源特性
        6.3.3 高功率光谱平坦型超连续谱的光谱以及功率特性
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 主要研究工作与相关成果
    7.2 论文主要创新点
    7.3 后续工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录 文中用到的缩写

(8)光子晶体光纤中调控光流氓波产生超连续谱的方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 光子晶体光纤概述
        1.2.1 光子晶体光纤分类
        1.2.2 光子晶体光纤的特性
    1.3 研究进展及意义
        1.3.1 光流氓波的国内外研究进展
        1.3.2 超连续谱的国内外研究进展
    1.4 全文的研究内容与结构安排
第2章 光子晶体光纤中光脉冲传输方程及数值求解
    2.1 引言
    2.2 光脉冲信号在光子晶体光纤中所遵循的传输方程
        2.2.1 麦克斯韦方程组
        2.2.2 皮秒量级光脉冲传输方程
        2.2.3 飞秒量级光脉冲传输方程
        2.2.4 考虑自发拉曼散射噪声时的非线性薛定谔方程
        2.2.5 归一化非线性薛定谔方程
    2.3 数值计算方法
        2.3.1 分步傅里叶算法
        2.3.2 精度分析
    2.4 时频测量技术
    2.5 本章小结
第3章 影响光脉冲传输的主要物理机制
    3.1 引言
    3.2 影响光脉冲传输的色散以及非线性效应
        3.2.1 色散
        3.2.2 自相位调制和互相位调制
        3.2.3 拉曼效应
        3.2.4 调制不稳定性与四波混频
    3.3 光孤子现象与光流氓波现象
        3.3.1 高阶孤子分裂
        3.3.2 孤子自频移
        3.3.3 孤子反冲
        3.3.4 孤子俘获
        3.3.5 孤子碰撞
    3.4 本章小结
第4章 基于种子光诱导调制不稳定性调控光流氓波产生
    4.1 引言
    4.2 传输模型以及光纤参数
        4.2.1 理论模型
        4.2.2 光纤参数
    4.3 噪声诱导调制不稳定性条件下光流氓波的产生
    4.4 种子光诱导调制不稳定性条件下光流氓波的产生
        4.4.1 调制频率对光流氓波及超连续谱的影响
        4.4.2 调制深度对光流氓波及超连续谱的影响
    4.5 时频特性
    4.6 本章小结
第5章 级联光纤中调控光流氓波产生超连续谱
    5.1 引言
    5.2 入射脉冲参数及光纤参数
    5.3 级联不同光纤调控光流氓波
        5.3.1 调控光流氓波产生宽带宽的超连续谱
        5.3.2 调控光流氓波产生高平坦的超连续谱
        5.3.3 时频特性对比
    5.4 级联光纤零色散点位置对超连续谱的影响
    5.5 本章小结
第6章 光流氓波可控产生对中红外超连续谱的影响
    6.1 引言
    6.2 入射脉冲参数及光纤参数
    6.3 噪声诱导调制不稳定性下光流氓波产生对中红外超连续谱的影响
    6.4 种子光诱导调制不稳定性下光流氓波产生对中红外超连续谱的影响
    6.5 时频特性分析
    6.6 光流氓波及中红外超连续谱的统计学特性
    6.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录 A 攻读博士学位期间已发表的论文
附录 B 攻读博士学位期间参与的相关课题
附录 C 攻读博士学位期间申请专利情况

(9)全正色散硫系光纤及其相关性能的研究(论文提纲范文)

引言
1 绪论
    1.1 全正色散光纤
        1.1.1 全正色散微结构光纤
        1.1.2 全正色散双包层光纤
    1.2 全正色散光纤发展现状
    1.3 全正常色散硫系光纤优势
        1.3.1 色散可调特性
        1.3.2 高相干性特性
        1.3.3 非线性特性
    1.4 本文研究内容
        1.4.1 理论学习
        1.4.2 玻璃组分优化与制备
        1.4.3 光纤结构设计和色散研究
        1.4.4 全正色散光纤制备
        1.4.5 飞秒脉冲泵浦非线性作用的理论研究及激光展宽性能研究
2 全正色散硫系光纤的理论分析
    2.1 有限元法
    2.2 有限元法过程
    2.3 边界条件
    2.4 广义非线性薛定谔方程
    2.5 本章小结
3 大材料色散TE基硫系玻璃组分优化与制备
    3.1 全正色散硫系玻璃组分优化
    3.2 硫系玻璃样品制备
        3.2.1 玻璃样品纯化
        3.2.2 玻璃样品制备
    3.3 玻璃样品测试
        3.3.1 折射率
        3.3.2 热膨胀曲线
    3.4 本章小结
4 全正色散硫系光纤色散数值计算与光纤制备
    4.1 全正色散硫系光纤的物理模型和模场分布
        4.1.1 全正色散硫系光纤的物理模型
        4.1.2 全正色散硫系光纤的模场分布
    4.2 全正色散硫系光纤色散的数值仿真分析
        4.2.1 芯径对色散曲线的影响
        4.2.2 内外包层比对色散曲线的影响
        4.2.3 内包层直径对色散曲线的影响
    4.3 全正色散Te基硫系光纤制备
        4.3.1 多包层预制棒制备
        4.3.2 多包层光纤制备与损耗测试
        4.3.3 多包层光纤损耗的测试
    4.4 本章小结
5 全正色散硫系光纤SC谱研究
    5.1 全正色散Te基硫系光纤模拟SC谱
    5.2 全正色散Te基硫系双包层光纤SC谱实验结果分析
        5.2.1 泵浦功率对双包层光纤SC输出的影响
        5.2.2 泵浦波长对双包层光纤SC输出的影响
        5.2.3 光纤长度对双包层光纤SC输出的影响
    5.3 全正色散硫系光纤SC谱相干性研究
    5.4 本章小结
6 总结展望
参考文献
在学研究成果
致谢
Abstract
摘要

(10)低零色散点硫系光纤研制及其超连续谱研究(论文提纲范文)

引言
1 绪论
    1.1 中红外超连续谱概述
    1.2 硫系光纤超连续谱研究进展
        1.2.1 硫系阶跃型光纤超连续谱输出
        1.2.2 硫系微结构光纤超连续谱输出
        1.2.3 硫系拉锥光纤超连续谱输出
    1.3 论文研究内容
        1.3.1 高纯低色散硫系玻璃的制备
        1.3.2 玻璃性能测试和色散计算模拟
        1.3.3 光纤制备工艺研究
        1.3.4 光纤的性能测试
2 低色散硫系玻璃的基本理论
    2.1 硫卤玻璃
    2.2 硫卤玻璃体系及其性质
        2.2.1 S基硫卤玻璃体系
        2.2.2 Se基硫卤玻璃体系
    2.3 本章小结
3 实验
    3.1 硫卤玻璃制备
        3.1.1 石英管及原料预处理
        3.1.2 抽真空及玻璃提纯
        3.1.3 原料蒸馏及玻璃熔制
    3.2 光纤制备
        3.2.1 预制棒制备
        3.2.2 光纤制备
    3.3 玻璃及光纤性能测试
        3.3.1 热学性能测试
        3.3.2 折射率测试
        3.3.3 可见-近红外光谱(VIS-NIR)测试
        3.3.4 红外透过光谱(FTIR)测试
        3.3.5 光纤损耗测试
        3.3.6 超连续谱测试
    3.4 本章小结
4 Ge-Ga-Se-CsI玻璃体系研究
    4.1 引言
    4.2 Ge-Ga-Se-CsI玻璃性能分析
        4.2.1 玻璃的热学性质
        4.2.2 玻璃提纯工艺
        4.2.3 提纯工艺对玻璃红外透过光谱的影响
        4.2.4 玻璃红外透过谱
        4.2.5 玻璃折射率和材料色散模拟分析
        4.2.6 玻璃非线性和激光损伤阈值
    4.3 本章小结
5 Ge-Ga-Se-CsI光纤性能分析
    5.1 引言
    5.2 阶跃光纤的设计与制备
    5.3 光纤的结构参数和光纤传输损耗测试
    5.4 光纤超连续谱测试
    5.5 本章小结
6 全文总结
参考文献
在学研究成果
致谢
Abstract of Thesis
摘要

四、阶跃型红外光纤色散的理论研究(论文参考文献)

  • [1]2微米波段宽带近零平坦色散氟碲酸盐玻璃光纤的设计及光频梳研究[D]. 马天舒. 吉林大学, 2021(01)
  • [2]色散近零平坦的氟碲酸盐光纤设计及其在中红外光频梳中的应用[D]. 周宁宁. 吉林大学, 2020(08)
  • [3]光子晶体光纤中矢量光场特性及应用的数值研究[D]. 张秀. 合肥工业大学, 2020(02)
  • [4]掺镱光纤激光放大器及波长扩展技术的研究[D]. 于洋. 西安电子科技大学, 2020(05)
  • [5]基于全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤的中红外超连续光源研究[D]. 李真睿. 吉林大学, 2019(02)
  • [6]光纤随机激光模式调控与应用研究[D]. 马瑞. 电子科技大学, 2019(04)
  • [7]阶跃折射率氟化物光纤中超连续谱产生研究[D]. 杨林永. 国防科技大学, 2019(01)
  • [8]光子晶体光纤中调控光流氓波产生超连续谱的方法研究[D]. 赵赛丽. 湖南大学, 2019(01)
  • [9]全正色散硫系光纤及其相关性能的研究[D]. 田优梅. 宁波大学, 2019(06)
  • [10]低零色散点硫系光纤研制及其超连续谱研究[D]. 陈朋. 宁波大学, 2019(06)

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阶梯型红外光纤色散的理论研究
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