关于激光器研究(文献综述)

锁模光纤激光器的研究序言激光，顾名思义，发射激光的设备。1954年制作了第一个微波量子放大器，获得了非常一致的微波光束。1958年，a.l .肖罗和c.h .汤斯将微波量子放大器原理应用于光频范围，1960年t.h .梅曼等制作了第一台红宝石激光器。1961年，a .贾文等人制造了he-ne激光器。1962年r . n . hor等创立了砷化镓半导体激光器。此后激光的种类越来越多。激光可以按工作介质分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器四类。最近还开发了大功率激光大部分是脉冲输出的自由电子激光器。2004年，Idly提出了自相似脉冲光纤激光器的同时，建立了该光纤激光器的数值模型。该模型采用非线性薛定谔方程(NLSE)描述了正色散光纤中的脉冲传输，并引入了将NPE锁模机制与快速饱和吸收体(SA)的作用0模拟相同的方法，具有高达10nJ的能量的抛物线形状和具有线性啁啾的脉冲强度相关透射率函数。随着自相似脉冲在实验中的实现，自相似模式锁定光纤激光器迅速成为超短波脉冲领域的研究热点。利用Idly模型的自相似锁模光纤激光器的研究不断取得新进展。在这里，我将概述激光和激光的原理和原理基础(如被动锁模光纤激光器)的其他相关研究。主题激光原理非线性偏振旋转被动锁模环形腔激光器的结构如图1所示。激光由偏振传感光纤隔离器、波分多路复用器、偏振控制器、输出藕机、yb3光纤组成。偏振敏感光纤隔离器输出的线偏振通过偏振控制器PCI(1/4 波长板)转换为椭圆偏振，这种椭圆偏振可以看作是频率相同，但偏振方向相互垂直的两条线偏振的合成，在从混合yb3增益的光纤向莲藕传输时，通过磁相位调制和交叉相位调制的非线性作用而产生的相移分别为其中n1x，n1y是沿x，y方向的年3光纤的线性折射率，N2，l分别是该光纤的非线性折射率系数和长度。由于双线偏振的相位差( = x- y)，偏振控制器PC2(1/4 波片1/2 波片)相对于两个偏振的亮度进行了适当调整，使得偏振敏感光纤隔离器中两个偏振的中心部分线性重叠。像这样，偏振敏感ISO通过高能量光脉冲的峰值部分，在低能量脉冲的前、后方向被吸收，每次光脉冲通过偏振灵敏度时，都可以获得与强度相关的损失，此过程不断重复，形成与饱和吸收体的手动模式锁定类似的光脉冲。Yb3光纤在正色散区工作，随着传输距离的增加，组速度色散的作用使光脉冲变得越来越宽，yb3光纤混合增益使光脉冲能量逐渐增加。这是非线性偏振旋转扩展脉冲模式锁定的基本原理。由于宽脉冲具有较大的线性啁啾，因此根据输出脉冲的啁啾特性，在谐振腔中添加合适的单模光纤，可以获得更窄的光脉冲。激光问世后，我们科学家对激光的研究进入了更深入的讨论，经典的是锁模光纤激光器。锁模光纤激光器目前开发中的光纤激光器主要使用掺稀土元素的光纤作为增益介质。光纤激光器由于纤维芯细，泵光在光纤内形成很高的功率密度，因此产生激光工作物质的激光水平“粒子数反转”。添加正反馈回路(谐振腔配置)形成激光振动。由于光矩阵具有较宽的荧光光谱，因此通常可以使其处于可调整状态，以便在WDM系统中使用。连续光纤激光器(基于Raman放大的光纤激光器：产生特定光波波长)、锁模光纤激光器(基于非线性光环镜的光纤激光器：产生高重复率超短期压缩脉冲和亮暗脉冲转换)。以下是对锁模光纤激光器的深入讨论。锁模光纤激光器由于其体积小、成本低、光束质量好的优点，近年来取得了快速发展。根据锁模原理，可以将锁模光纤激光器分为3:主动模式锁定光纤激光器、被动模式锁定光纤激光器、主被动混合模式锁定光纤激光器。主动锁模光纤激光器活动锁模光纤激光器可分为调制器锁模和注入锁模两类。电子将LiNbO3调制器、声光调制器、电光调制器等活动调制装置插入激光腔内，实现模式锁定，利用外部注入光学调制脉冲产生的非线性扰动实现模式锁定。被动锁模光纤激光器被动锁模光纤激光器通常使用半导体的饱和吸收效应或光纤的非线性效应作为模式锁定机制，不需要外部调制信号。半导体饱和吸收体模式锁定的优点是，激光容易自行启动，脉冲重复频率为PS或fs级，而这种模式锁定激光器不是全光纤结构，在实际应用中响应速度一般在10ps以上。利用光非线性效应的锁模调制，不仅响应时间为fs正级，还实现了全光纤结构，克服了半导体饱和吸收体被动锁模的缺点。典型的相位调制手动模式锁定大多使用“8”型腔。输入光分为通过耦合器以相反方向传输的两个光束，不是3dB耦合器，或者在空腔中插入光放大器，两个光束的亮度不同，因此在光纤中通过相同的光路，但由于光纤中的磁相位调制、交叉相位调制等非线性效果造成的非线性相移，因此两个光束最终在此耦合器中发生干涉现象，起到类似于高速饱和吸收体的作用，产生超短脉冲输出。由于增益介质的饱和效应，上述相位调制被动锁模结构与单脉冲和序列脉冲的响应有很大的不同，并且限制了激光获得更高的重复速度。分布式非平衡非线性光纤环镜(DI- NOLM)解决了这个问题。如图2所示，分布式非平衡非线性光纤环镜由具有不同色散特性的普通单模光纤片和分布式位移光纤段组成。光脉冲在耦合器输入环中分为两个相同的束，其中一个通过单模光纤由于色散而扩展，峰值功率减小，在色散位移光纤中产生小的非线性相移。其他光束分布的色散位移光纤很小，仍然保持窄脉冲宽度，在单模光纤中产生大的非线性相移。当沿相反方向传输的两个光束的相位差等于时，脉冲通过色散非平衡非线性光纤环形镜获得最大透射率。因为色散只作用于脉冲，所以任意强度的连续光输入被反射，从而减少稳定器和噪声的窄脉冲输出。同时，光纤环镜没有有源设备，因此不受系统内部先前脉冲的影响。主被动混合锁模光纤激光器2003年，王朝英等报道了“8”字腔的主动混合模式锁定光纤激光器。实验中100米长的色散位移光纤，2 .应用5GHz的LiNbO3调制器，由光纤放大器提供增益。调制频率为2.498GHz时，中心波长为1543nm，相应频谱宽度为0。获得了22nm，时间脉宽乘积为0.33 16的12ps脉冲输出。2004年，王昭英用分布式非平衡非线性光纤环镜(DI -NOLM)代替非线性光纤环镜(nolm) 17进行了实验。发现，分布式非平衡非线性光纤环镜能有效抑制各种噪声对输出脉冲质量的影响，缩小脉冲范围。调制频率为9。998GHz时为1566。65奈米波段，脉冲宽度11ps，频谱宽度0。得到了297nm的稳定锁模脉冲输出。总结由于锁模光纤激光器的发展很快，本文仅对现有的几种锁模激光器进行了简要说明。其中，主动锁模光纤装置2的松弛振动和超模噪声降低输出脉冲质量，而被动锁模光纤激光器2输出脉冲重复率受光纤长度的限制，不能很高，并且不易调节和控制。因此，对具有光通信网络、超高速光谱、材料加工、非线性光学、医学成像和外科诊疗领域中应用非常广泛的可能性的小而灵活的结构、可维护性、低成本等特性的主被动混合模式锁定激光器2的研究迫在眉睫。如果这种激光在我国能普遍应用，对我国激光的发展将起到不可估量的作用。参考文献1非线性偏振旋转锁模自相似脉冲光纤激光器研究邓一信厚lvfu云2锁模光纤激光器的研究进展水红信、王坤、杨罗信、郭庆林(河北大学物理科学技术学院，河北保定071002)3自振型腔被动锁模Er3光纤激光器燕、魏婴、王昭英、费密、贾东阳、李世臣4非线性偏振旋转模式锁定”光纤激光理论分析张淑敏、卢福允、董法杰、范亚贤5采用非线性极化旋转模式锁定技术0 .7nJ，1 .5ps光脉冲互易、杨凌镇、王允载(太原理工大学物理系，太原030024)6 sun j q，Huang d x . control of self 2 pulsation in er3 2 doped fiber拉勒j。acta op tica，1996，16 (9) : 1237到1240 (in chi2 nese)。7 matsas v j、newson t p、r ichardson d j et al . self 2 starting passively mode 2 locked光纤ring soliton laser exploi ting nonnlinear PO2 lar initial ization rotationj。elect，1992，28 (15) : 1391至1393。8 l iu d f、Chen g f、Wang x h et al . structure stable er3 2 doped fiber ring laserj。laser technology，1999，23 (4) : 231至233