单脉冲锁模光纤激光器输出特性的数值研究
光纤激光器中超短脉冲传输特性研究的开题报告
光纤激光器中超短脉冲传输特性研究的开题报告一、题目：光纤激光器中超短脉冲传输特性研究二、研究背景：随着信息通信技术的不断发展，对高速数据传输的需求越来越大。
而光纤通信作为一种高速传输方式，被广泛应用于各个领域。
在光纤通信中，激光器作为一种重要的光源，在传输过程中起着至关重要的作用。
超短脉冲激光器由于它的超短脉冲（在皮秒或飞秒级别）以及高峰值功率，被广泛应用于高速数据传输、遥感、医学等领域。
因此，研究光纤激光器中超短脉冲传输特性具有重要的理论和应用价值。
三、研究内容：1. 研究超短脉冲激光器的工作原理以及超短脉冲激光器在光纤中传输的理论基础。
2. 分析超短脉冲在光纤中传输的物理过程，探究光纤中超短脉冲产生的色散效应、非线性效应等对传输质量的影响。
3. 通过建立光纤激光器的数学模型，结合MATLAB等计算工具，对超短脉冲在光纤中的传输特性进行模拟分析。
4. 针对光纤激光器中超短脉冲传输过程中遇到的问题与挑战，探究可行的解决方案和优化方法。
5. 根据实验结果和模拟分析，总结光纤激光器中超短脉冲传输的特点和规律。
四、研究意义：1. 对光纤激光器中超短脉冲的传输特性进行研究，有助于深入了解光纤通信系统的工作原理和优化方法。
2. 研究光纤激光器中超短脉冲传输的物理过程以及非线性效应等对传输质量的影响有助于提高光纤通信系统的传输质量。
3. 能够为超短脉冲激光器在高速数据传输、遥感、医学等领域的应用奠定理论基础。
五、研究方法：本研究主要采用理论分析和数值模拟相结合的方法。
通过理论分析的方法，探讨超短脉冲激光器在光纤中传输的物理过程和影响因素，并通过数值分析的方法，验证理论分析的结果。
同时，通过实验的方法，对模拟分析的结果进行验证和修正。
六、论文结构：本文分为以下几个部分：第一部分为绪论，介绍了光纤激光器中超短脉冲传输特性的研究背景、研究内容和研究意义。
第二部分为文献综述，对光纤激光器、超短脉冲激光器、光纤传输和光纤通信系统等相关领域的研究进展进行了综述。
MOPA结构脉冲光纤激光器输出特性的实验研究
MOPA结构脉冲光纤激光器输出特性的实验研究陈圳;任海兰【摘要】A two-stage optical amplification system is constructed by using double-clad Yb-doped fiber as the gain medium and multi-mode continuous pumped laser diode as the pump source.The circuit-direct modulated semiconductor laser is used as seed source to develop Master-Oscillator Power-Amplified (MOPA)fiberized pulsed fiber lasers.The output power character-istics of the fiber laser and gain characteristics of the secondary amplifier under different pulse width and repetition frequency are studied experimentally.A pulsed laser output with central wavelength of 1.06μm,peak power of 10.4 kW and maximum average power of 21 .3 W is obtained by adj usting the seed source under the condition that the primary pumped power is 2 W and secondary pumped power is 31 W.The maximum gain can reach 16.7 dB at 900 kHz repetition frequency.The experimen-tal results show that the pulse width and repetition frequency are positively correlated with the laser output power.At high rep-etition frequency,the gain characteristics of optical amplifier are positively correlated with the pulse width.%采用双包层掺镱光纤作为增益介质,多模连续泵浦激光二极管作为泵浦源,构造了两级光放大系统;采用电路直接调制的半导体激光器作为种子源,研制了主振荡功率放大结构全光纤化脉冲光纤激光器.对不同脉冲宽度、重复频率下的激光器输出功率特性和二级放大器的增益特性进行了实验研究.在一级泵浦光功率为2 W、二级泵浦光功率为31 W的条件下,通过对种子源直接调制,得到了中心波长为1.06μm、峰值功率为10.4 kW、最大平均功率为21.3 W的脉冲激光输出.在900 kHz重复频率下具有最高增益16.7 dB.实验结果表明,脉冲宽度和重复频率与激光输出功率呈正相关;在高重复频率下,光放大器增益特性与脉冲宽度呈负相关.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】4页(P52-54,72)【关键词】光纤激光器;主振荡功率放大;脉冲激光;级联放大器【作者】陈圳;任海兰【作者单位】武汉邮电科学研究院,武汉 430074;武汉邮电科学研究院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN2560 引言光纤激光器因具有光束质量高、成本低、转换效率高、稳定性好、体积小、兼容性强、寿命长和散热快等优点而备受关注。
锁模激光器
西安邮电大学光电子技术及应用锁模激光器班级：软件1103班学号：04113098院（系）：计算机学院姓名：刘歌歌2013年12月8日一、摘要本文主要介绍了锁模的基本原理和应用前景，并简单介绍了锁模激光器。
二、关键词：锁模激光器，工作原理，应用和前景三、引言如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。
锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。
使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。
发展前景：目前,最为广泛使用的一种产生飞秒激光脉冲的克尔透镜锁模（Kerr Lensmode locking)技术是一种独特的被动锁模方法。
科尔透镜锁模实际上是利用了材料的折射率随光强变化的特性使得激光器运转中的尖峰脉冲得到的增益高出连续的背景激光增益，从而最终实现短脉冲输出。
一台激光器实现锁模运转后，在通常情况下，只有一个激光脉冲在腔内来回传输，该脉冲每到达激光器的输出镜时，就有一部分光通过输出镜耦和到腔外。
因此，锁模激光器的输出是一个等间隔的激光脉冲序列。
相邻脉冲间的时间间隔等于光脉冲在激光腔内的往返时间，即所谓腔周期。
一台锁模激光器所产生的激光脉冲的宽度是否短到飞秒量级主要取决于腔内色散特性、非线性特性及两者间的相互平衡关系。
而最终的极限脉宽则受限于增益介质的光谱范围。
衡量一台飞秒激光器的重要技术指标为：脉冲宽度、平均功率和脉冲重复频率。
此外，还有谱宽与脉宽积，脉冲的中心波长，输出光斑大小，偏振方向等。
脉冲重复频率实际上告诉我们了激光脉冲序列中两相邻脉冲间的间隔。
由平均功率和脉冲重复频率可求出单脉冲能量，由单脉冲能量和脉冲宽度可求出脉冲的峰值功率。
四、锁模激光器的原理1、多模激光器的输出特性为了更好地理解锁模的原理，先讨论未经锁摸的多纵模自由运转激光器的输出特性。
腔长为L 的激光器，其纵模的频率间隔为LC v v v q q q 21=-=∆+ （1） 自由运转激光器的输出一般包含若干个超过阀值的纵模，这些模的振幅及相位都不固定，激光输出随时间的变化是它们无规则叠加的结果，是一种时间平均的统计值。
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性
实验6-1 脉冲固体激光器输出特性研究【实验目的】1、了解脉冲固体激光器的基本结构和基本原理，并练习调整激光器谐振腔，使其输出激光。
2、测定脉冲激光器的输出特性曲线，找出光泵能量阈值，计算出激光器的绝对效率和斜效率。
3、测定激光器输出光束的发散角。
【实验原理】一. 固体激光器的基本结构和工作原理激光，其英文为Laser ，全名为Light amplification by stimulated emission of radiation ，全名译为辐射的受激发光放大。
这很好地概括了激光产生的机制。
激光器就是根据激光产生的机制而设计的。
它由工作物质，泵浦系统和光学谐振腔等部分组成。
实验所用YAG 激光器的结构如图6-1-1所示。
1、工作物质要形成激光，首先必须利用激励源使工作物质激活，既使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布，并且需要满足一定的条件。
2、泵浦系统本实验中所用YAG 激光器的光泵系统由聚光腔、脉冲氙灯和它的供电系统以及触发器组成。
直流电源给储能电容充电到数百伏，并加到氙灯的两极，这时氙灯不发光。
触发器接通后，立即发出一个一万多伏的电脉冲使氙灯导通，这时储能电容通过氙灯放电，氙灯发出强烈的闪光。
此光激活工作物质，处于基态的粒子向高能级跃迁，比如跃迁到234F 能级上。
在此能级上的粒子寿命较长，故称为亚稳态。
由于光泵系统的不断泵浦，泵浦到一定程度时，激发到高能级上的粒子数比在它下面的能级上的粒子数还多了，实现了粒子数的反转。
当粒子跳回低能级上时发光。
3、光学谐振腔为了满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中所获得的增益足以补充由各种因素所导致的光的损耗。
在忽略介质内部损耗的情况下，阈值条件为1221 l e r r G (6-1-2)式中：21,r r 一谐振腔两端反射镜的反射率（包括反射镜的吸收，透射和衍射损失）；l —激活介质的长度；G —激活介质的增益系数，定义为：()dzz I z dI v G v v .)()(=(6-1-3)二．YAG 激光器输出特性1、输出特性曲线输出特性曲线是指激光器的输出能量与输入能量之间的关系曲线。
锁模光纤激光器关键技术研究的开题报告
锁模光纤激光器关键技术研究的开题报告开题报告：一、研究背景随着现代工业的不断发展，激光技术在工业领域中的应用越来越广泛。
光纤激光器以其高效率、高质量、高稳定性和长寿命等优点，成为工业加工领域中广泛应用的一种重要设备。
锁模光纤激光器是一种高亮度、窄带宽激光器，具有优异的光学性能，因此在激光加工、激光通信、生物医学等领域得到广泛应用。
本课题旨在研究锁模光纤激光器的关键技术，探究其性能提升方案。
二、研究内容1. 锁模光纤激光器基础理论研究：对锁模光纤激光器的工作原理、发射机制、特性参数等方面进行深入研究，为后续的实验研究提供理论基础。
2. 锁模光纤激光器关键技术研究：研究锁模光纤激光器中的关键技术，探究如何提高锁模稳定性、减小线宽等性能指标。
3. 锁模光纤激光器性能优化实验研究：基于前两个研究内容，结合实际情况，设计并开展实验研究，提高锁模光纤激光器的性能。
三、研究意义1. 在工业、科技领域中，锁模光纤激光器已经得到广泛应用，优化其性能指标，对于推动相关领域的技术发展和产业升级有着重要的意义。
2. 据现有资料和相关研究表明，目前关于锁模光纤激光器关键技术研究并不充分，该课题的开展将填补这一领域的空白，有利于该领域的发展。
四、研究方法本课题采取实验研究和理论研究相结合的方法，主要包括以下步骤：1. 建立锁模光纤激光器的数学模型，分析锁模激光场的特性。
2. 设计并开展锁模光纤激光器性能实验研究，优化锁模稳定性、线宽等性能指标。
3. 分析实验数据，进一步验证理论模型，并根据实验数据和理论模型进行对比分析和综合评价。
五、预期成果通过本课题研究，预期达到以下成果：1. 掌握锁模光纤激光器的基础理论和关键技术，深入理解锁模光纤激光器的工作原理和性能特点。
2. 优化锁模光纤激光器的性能指标，提高其稳定性和线宽，为工业、科技领域的应用提供更好的设备性能。
3. 发表相关研究论文，并在学术界有一定的影响。
激光器的输出特性
3.4.2 稳定球面腔的光束传播特性
等效共焦腔的束腰半径和原球面腔镜面的基横模光束有效 截面半径 (1) 等效共焦腔的束腰半径
LR1 L R2 L R1 R2 L 1 2 LR1 L R2 L R1 R2 L 4 R1 R2 2 L 0 2 R R 2 L 1 2 L ' 0 并且L' 2 f 2 f
D
2
15
非均匀增宽型介质激光器的输出功率
(1) 单频激光器的输出功率 a总 a内
1 1 ln r1r2 ln[1 (a1 t1 )] 2L 2L
若腔内只允许一个谐振频率，且 ν ν0 ，激光器在理想的情况下，仍 有： a t
a内 0; r2 1; a总
1 1
激光器输出光强也可以表示为：
I out
若激光光束的平均截面为A，则其输出功率为：
P AIout
I s 2 LG 0 t1I t1 ( 1) 2 a1 t1
1 2LG 0 t1I s A( 1) 2 a1 t1
10
3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率
输出功率与诸参量之间的关系 (1) P与Is的关系: 两者成正比 (2) P与A的关系: A越大，P越大；而高阶横模的光束截面要比基横 的大 (3) P与t1的关系: 实际中总是希望输出功率大镜面损耗小，即希望
5
3.4.2 稳定球面腔的光束传播特性
谐振频率
(1)方形镜一般稳定球面腔的两个反射镜面顶点处的位相因子 分别为：
L x2 y 2 ( x, y, z ) k[ (1 ) ] ( m n 1 )( ) 2 2 1 L 2
实验七 脉冲激光器输出特性实验和电光调Q实验
实验七脉冲激光器输出特性和电光调Q实验实验目的1．熟悉和深入理解脉冲固体激光器与电光调Q的工作原理。
2．测量脉冲固体激光器的静态输出特性，了解谐振腔参数对激光器性能的影响，掌握其调试方法。
3．测试电光Q开关的消光经和电光调Q激光器的输出特性（脉冲能量、脉冲宽度、脉冲峰值功率、输出动静比），并与未调Q时激光器输出相比较，从而加深对调Q激光器工作特性的理解。
4．通过本实验加深理解电光Q开关激光器的工作原理，熟悉电光Q开关激光器的调试方法。
实验原理1．固体激光器通常由三个基本部分组成，即固体激光工作物质、泵浦源、和光学谐振腔。
图1是固体激光器的基本结构示意图。
图7-1 固体激光器结构示意图激光工作物质是激光器的心脏，产生激光的是激活离子，激光器的输出特性在很大程度上由激活离子的能级结构决定。
目前，常用的固体激光工作物质有红宝石晶体、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石（即Nd3+:YAG）晶体。
由于Nd3+:YAG晶体具有荧光谱线窄、量子效率高等特点，它的增益高、阈值低、激光输出效率高，故在中小功率的脉冲器件中，以及在高重复率的脉冲激光器中得到广泛应用。
本实验中即采用Nd3+:YAG作为激光工作物质，该工作物质的激活离子为Nd3+，属四能级系统，发射激光波长为1.06μm，工作于脉冲方式。
Nd3+:YAG产生受激辐射的能级如图2所示。
激活粒子（Nd3+:离子）在这些能级之间的跃迁特性为：在光泵作用下，处于基态能级E1上的粒子被激发到高能级E4上，由于E4能级寿命很短，处在该能级上的粒子很快以无辐射跃迁方式迅速转移到较低的激发态能级E 3上，E 3为亚稳态，在E 3能级上的粒子有较长的寿命（10-3~10-4S ），因而易于实现粒子数积累。
当粒子数由E 3向E 2跃迁时，产生激光辐射，粒子到达能级E 2后，再以无辐射跃迁迅速地返回到基态E 1。
基于这种状态以及由于热平衡情况，使得粒子不易在E 2能级上集居，因此，在外界激励下，E 3和E 2之间较易形成粒子数反转，从而实现受激辐射。
激光器的输出特性讲解课件
contents
目录
• 激光器基本原理 • 输出特性参数介绍 • 影响输出特性因素分析 • 测试方法及评价指标 • 典型应用案例分析 • 总结与展望
01
激光器基本原理
激光器工作原理
01
02
03
受激辐射
在外部能量作用下，原子 中的电子从高能级向低能 级跃迁，同时发射出光子 。
目前激光器在能量转换效率方 面仍存在瓶颈，需要进一步提
高。
激光器的稳定性问题
在高功率和长时间工作条件下 ，激光器的稳定性和可靠性面 临挑战。
激光器的成本问题
激光器制造和维护成本较高， 限制了其在某些领域的应用。
激光器的安全性问题
高功率激光器可能对人体和环 境造成潜在危害，需要加强安
全管理和防护措施。
光功率计测试方法介绍
光功率计原理
基于光电二极管的光电效应，将 光信号转换为电信号进行测量。
测试步骤
校准光功率计、连接光纤、读取 光功率值。
注意事项
保持光纤连接稳定、避免光源直 接照射光功率计。
光束质量分析仪测试方法介绍
光束质量分析仪原理
通过分析光束的远场分布，得到光束的质量参数。
测试步骤
安装光束质量分析仪、调整光路、采集数据、分析光束质量。
未来发展趋势预测
高功率、高效率激光器
随着材料科学和制造技术的进步，未来有望开发出更高功 率、更高效率的激光器，以满足不断增长的应用需求。
超快、超短脉冲激光器
超快、超短脉冲激光技术在精密加工、生物医学等领域具 有广泛应用前景，是未来激光器发展的重要方向。
智能化、可调谐激光器
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，对智能化、可 调谐激光器的需求日益增加，未来有望实现激光器的智能 化控制和自适应调节。
傅里叶域锁模光纤激光器的输出特性
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光纤激光器中超短脉冲传输特性研究
光纤激光器中超短脉冲传输特性研究【摘要】：本文在充分了解了自相似脉冲的研究背景、研究现状及应用的基础上,简单地介绍了在光纤放大器中传输的光脉冲基本的数学模型,即非线性薛定谔方程(NLSE)以及复系数非线性薛定谔方程—Ginzburg-Landau方程,并阐述了求解该类方程常用的数值方法一分步傅里叶变换法；研究了在含各高阶效应的光纤放大器中的自相似脉冲的传输特性,并着重探讨了增益色散和双光子吸收对自相似脉冲的影响,及其两参数之间的线性关系和两者的分布区间图；同时也研究了线性增益对自相似脉冲传输特性的影响,以及两者的分布区间图。
研究结果表明：只要系统参数选取合适,任意的初始输入脉冲都可以在包含增益饱和、增益色散、三阶色散、自频移和自陡峭等效应的光纤放大器中演化为自相似脉冲。
当参数ε和χ或δ和χ在一定参数区间内取值时,可以用倒置的抛物线对自相似脉冲的中心区域进行描绘；而且参数ε和χ或δ和χ在相应区间内近似成线性关系,并且脉冲的功率,有效脉宽,峰值振幅及脉冲能量随着参数的变化相应的大小及增长速度也会发生变化。
从而说明,在光纤放大器中,合理选择系统参数对于获得我们所需要的自相似脉冲是非常重要的。
【关键词】：自相似脉冲光纤放大器高阶非线性效应参数区间【学位授予单位】：山西大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TN722【目录】：中文摘要8-9ABSTRACT9-10第一章引言10-211.1自相似脉冲的研究背景10-111.2自相似脉冲研究现状及应用11-191.2.1研究现状11-161.2.2研究应用16-191.3主要内容介绍19-21第二章脉冲在光纤放大器中传输的基本方程21-292.1麦克斯韦方程组21-222.2非线性薛定谔方程22-252.3复系数非线性薛定谔方程—Ginzburg-Landau(CGL)方程25-262.4计算方法26-282.5本章小结28-29第三章增益色散和双光子吸收对自相似脉冲的影响29-363.1含各高阶效应的光纤放大器的理论模型29-303.2高阶CGL方程的渐近解30-323.3理论分析与数值模拟32-353.4本章小结35-36第四章线性增益和双光子吸收对自相似脉冲的影响36-424.1理论分析与数值模拟36-404.2本章小结40-42第五章结束语42-43参考文献43-49攻读学位期间取得的研究成果49-50致谢50-51个人简况及联系方式51-53 本论文购买请联系页眉网站。
SESAM锁模全保偏皮秒脉冲光纤激光器输出特性
SESAM锁模全保偏皮秒脉冲光纤激光器输出特性
王帅坤;仲莉;林楠;刘素平;马骁宇
【期刊名称】《发光学报》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】搭建了基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的全保偏皮秒脉冲光纤激光器,对比分析了以多量子阱和体材料作为可饱和吸收层的SESAM对锁模激光器输出特性的影响。
实验结果表明,多量子阱和体材料SESAM均可实现稳定的自启动锁模。
随着量子阱周期数的增加,SESAM调制深度增大,激光器输出脉冲宽度变窄,具有更高的输出功率和更大的锁模区间。
但量子阱周期数过高的SESAM具有较大非饱和损耗,使得相同泵浦功率下输出功率降低。
在相同调制深度下,体材料SESAM的非饱和损耗偏大,降低了输出功率和光光转化效率,但对脉冲的窄化作用更显著。
SESAM对输出脉冲的波长和光谱宽度无显著影响,主要受光纤布拉格光栅(FBG)控制。
本文对SESAM的设计与选型具有一定指导意义。
【总页数】8页(P149-156)
【作者】王帅坤;仲莉;林楠;刘素平;马骁宇
【作者单位】中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心;中国科学院大学材料科学与光电技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.1
【相关文献】
1.非线性晶体对皮秒SESAM被动锁模激光器脉宽的影响
2.利用皮秒扫描相机研究对撞脉冲锁模Nd:YAG激光器的输出特性
3.SESAM实现Nd:YAG激光器被动锁模研究及皮秒脉冲测量
4.基于SESAM镜的全光纤皮秒激光器腔内脉冲传输特性研究
5.Figure-9腔锁模全保偏掺铒光纤飞秒激光器
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激光器的输出特性讲解
多频激光器的输出功率为： P
P( )
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第 三 章 激 光 器 的 输 出 特 性
§ 3 5 激 光 器 的 输 出 功 率 .
2.若腔内多纵模的频率 对称的分布在 0 的两侧，也即有一个纵模频 率 0 b ，必有另一个纵模频率 0 b ，则在理想情况下有纵模 的增益系数为：
§ .
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第 三 章 激 光 器 的 输 出 特 性
§ 3 5 激 光 器 的 输 出 功 率 .
若 0 光束的截面为A，激光器的输出功率为：
0 2LGD ( 0 ) 2 1 P( 0 ) AIout ( 0 ) At1I s [( ) 1] 2 a1 t1
而变 5. 非均匀增宽型介质的增益系数随频率
1）光波的频率 不在非均匀增宽介质的中心频率处，光波在腔内传播时将有 两部分粒子—— v z 和 v z 粒子对它的放大作出贡献。
－ I ( , z ) I 即频率为 的光波， 和 ( ,2L z)
两束光在增益系数的曲线上 0 的两侧对称的 “烧”了两个孔。如图所示。
3. P与t1的关系: 实际中总是希望输出功率大镜面损耗小，即希望：
I (2L) I (0) (a1 t1 ) I (2L) t1I (2L)
这要求t1大，a1小，使t1>>a1，但 a总
a1 t1 2L
1）t1过大又使增益系数的阈值G阈升高，而如果介质的双程增益系数2LG0 不够大将会导致腔内光强减小，使输出功率降低。严重时使腔内不能形成激光。 2）t1过小，虽然使G阈降低光强增强，但镜面损耗a1I-(2L)也将增大。
锁模激光器实验报告
锁模激光器实验报告1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括以下几个方面：1. 锁模激光器的定义和基本原理：介绍锁模激光器是一种利用谐振腔中的光学滤波特性来维持单纵模输出的激光器。
通过谐振腔中的光学滤波效应，锁模激光器可以抑制其他模式的干扰，使输出光束呈现出高纵模纯度和窄光谱宽度的特性。
2. 锁模激光器的特点和应用：说明锁模激光器具有较高的光谱纯度、较窄的光谱宽度、较高的相干性和光束质量等特点。
由于其优秀的性能，锁模激光器在光通信、光谱分析、光学测量、光纤传感等领域有着广泛的应用。
3. 实验背景和研究意义：介绍进行锁模激光器实验的背景和动机。
锁模激光器作为一种重要的光学器件，对于理解光学滤波原理、探索光学谐振腔性质以及应用于光学系统中具有重要的理论和实验意义。
4. 本实验报告的结构和内容安排：简要说明本实验报告的结构和内容安排，使读者对整篇文章有个整体的了解。
本实验报告包括引言部分、正文部分和结论部分，其中引言部分介绍了锁模激光器的概述和目的，正文部分主要包括锁模激光器原理和实验过程，结论部分对实验结果进行分析和总结。
以上是概述部分的内容，根据具体的实验内容和要求，可以适当增加和调整部分内容。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该是对整篇文章的组织和内容进行简要介绍，以让读者对文章有个整体的了解。
可以按照以下方式编写：在本实验报告中，我们将会详细介绍锁模激光器的原理和实验过程。
文章主要分为三个部分：引言、正文和结论。
引言部分主要包括三个方面的内容。
首先是对锁模激光器的概述，介绍了锁模激光器的基本特点和应用领域。
接着是文章的结构安排，即对本篇实验报告的整体框架进行介绍。
最后是对本次实验的目的进行说明，明确实验的目标和意义。
正文部分是本篇实验报告的核心内容，包括锁模激光器的原理和实验过程两个方面。
在锁模激光器原理部分，我们将详细介绍锁模激光器的工作原理、基本结构以及关键技术。
在锁模激光器实验过程部分，我们将详细描述实验所采用的具体步骤、实验条件和实验装置，并对实验进行了详细的记录和数据分析。
激光原理3.1激光器的输出特性
2z L
)
1
2z L (2z L)2
➢考虑对称开腔的情况，按照自再现模的概念，除了一个表示振幅衰减和 相位移动的常数因子以外，u q 1应能够将 u q 再现出来，两者之间应有关系：
uq1 uq
➢综合上两式可得：uq (x, y)
ik
4
eik
uq (x', y')
M'
(1 cos )ds'
u(x, y) ik u(x', y') eik (1 cos )ds'
特殊腔－对称共焦腔才能得到解析解
方形镜对称共焦腔：长椭球函数；N不很小时, 厄密～高斯函数 圆形镜对称共焦腔：超椭球函数；N不很小时,拉盖尔～高斯函数
其它稳定球面镜腔可通过“等价”对称共焦腔求得
2. 数值求解 (数值迭代法) 谐振腔的迭代解法的思路：
1. 假设在某一镜面上存在一个初始场分布u1 ，将它代入 迭代公式，计算在腔内经第一次渡越而在第二个镜面上 生成的场u2 ；
➢假设 uq (x', y')为经过q次渡越后在某一镜面上 所形成的场分布，uq1(x, y)表示光波经过q+1次
渡越后，到达另一镜面所形成的光场分布，则u
与 uq1之间应满足如下的迭代关系：
q
uq1(x,
y)
ik 4
uq ( x',
M'
y')
eik
(1 cos)ds'
图3-2 镜面上场分布的计算示意图
L
与镜面宽度无关.共焦腔的光斑非常小. (2)位相分布:共焦腔反射镜面本身构成光场的一个等相位面。
(3)单程衍射损耗：一般忽略不计，但是在讨论激光器单横模的选取时必 须考虑单程衍射损耗
锁模激光器的工作原理及其特性
锁模激光器的工作原理及其特性摘要： 本文主要介绍了锁模的基本原理和实现方法，并简单介绍了锁模激光器。
关键词：锁模，速率方程，工作原理一、引言如果在激光谐振腔内不加入任何选模装置，那么激光器的输出谱线是由许多分立的，由横纵模确定的频谱组成的。
锁模就是将多纵模激光器中各纵模的初相位关系固定,形成等时间间隔的光脉冲序列。
使各纵模在时间上同步，频率间隔也保持一定，则激光器将输出脉宽极窄、峰值功率很高的超短脉冲。
二、锁模的概念一般非均匀加宽激光器，如果不采取特殊选模措施，总是得到多纵模输出。
并且，由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模。
每个纵模输出的电场分量可用下式表示])-([),(q q z t i q q e E t z E ϕυω+= （2.1）式中，q E 、q ω、q ϕ为第q 个模式的振幅、角频率及初相位。
各个模式的初相位q ϕ无确定关系，各个模式互不相干，因而激光输出是它们的无规叠加的结果，输出强度随时间无规则起伏。
但如果使各振荡模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器将输出一列时间间隔一定的超短脉冲。
这种激光器称为锁模激光器。
假设只有相邻两纵模振荡，它们的角频率差Ω='=L cq q πωω1-- （2.2）它们的初相位始终相等，并有01-==q q ϕϕ。
为分析简单起见，假设二模振幅相等，二模的行波光强I I I q q ==1-。
现在来讨论在激光束的某一位置（设为0=z ）处激光场随时间的变化规律。
不难看出，在0=t 时，二纵模的电场均为最大值，合成行波光强是二模振幅和的平方。
由于二模初相位固定不变，所以每经过一定的时间0T 后，相邻模相位差便增加了π2，即πωω2-01-0=T T q q （2.3）因此当0mT t =时（m 为正整数），二模式电场又一次同时达到最大值，再一次发生二模间的干涉增强。
于是产生了具有一定时间间隔的一列脉冲，脉冲峰值光强为I 4，由式（2.3）可求出脉冲周期为cL T '=Ω=220π 如果二纵模初相位随机变化，则在0=z 处，合成行波光强在I 2附近无规涨落。
用于锁模Nd：YAG激光器的单脉冲开关
第16卷 第11期强激光与粒子束Vol.16,No.11 2004年11月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Nov.,2004 文章编号: 100124322(2004)1121403203用于锁模Nd:YAG激光器的单脉冲开关X张小秋, 王国志, 赵宝升, 任友来, 高宏文, 桂建保, 陈 智(中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安710068)李 军, 程晋闽(中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900) 摘 要: 锁模Nd:Y AG激光器选取单脉冲时,通常采用K D3P普克尔盒。
波长1.06μm的激光半波电压为6.6kV。
应用冷阴极闸流管K N222作为开关线路比较广泛,但近年来我们改用M OS场效应管线路代替K N222,该线路性能稳定可靠,输出脉冲幅度为-6.6～-8kV,脉冲宽度5～10ns可调,触发晃动小于0.5ns,触发延时30～40ns,单脉冲选出率为100%。
经长时间使用未发现异常,此线路也可在削波器及脉冲剪切等技术中应用。
关键词: 锁模激光器; 单脉冲开关; M OS场效应管 中图分类号: O436.4 文献标识码: A 锁模Nd:Y AG激光器的单脉冲选取开关,已有许多文章描述,作为选单开关主要元件,如激光触发火花隙、微波三极管、冷阴极闸流管、雪崩晶体管等都能作出很好的开关线路[1～7]。
在以前的工作中都能圆满完成任务,但它们都有各自的缺点。
例如冷阴极闸流管K rytron(K N222)存在较高的不稳定性(晃动较大)和寿命较短(只有几万次工作寿命),微波三极管线路的灯丝和高压电源体积很大,限制了它的应用。
激光触发火花隙有较高的跳动(至少在纳秒量级)。
雪崩晶体管是一种可靠的开关元件,它具有较小的不稳定性和小的晃动,触发延迟很小,线路成本很低,但它不能经受大电流冲击。
在用双普克尔盒选取单脉冲时,所需电压较低,此种线路为首选线路[1,7],使用电压很高时(如大于5kV)它往往会造成雪崩管的损坏,因此在高压使用时受到较大的限制。
锁模光纤激光器讲义
Байду номын сангаас
主动锁模光纤激光器
主动锁模光纤激光器的典型结构示意图
谐波锁模
主动锁模光纤激光器
输出脉冲的波形
输出脉冲的光谱
被动锁模技术（染料锁模）
利用非线性元件对光强的依赖性，来产生光脉冲的锁模方式。
E(t)的振幅极大值A(t)max=(2n+1)E0，这说明在振幅出现极值的时
刻各振荡纵模的振幅同时到达极大值。（峰值功率）Pm=N2P0 锁模后所得脉冲的宽度为Δt=[(2n+1) q]-1=1/，式中：q为
器件的纵模间隔； 为器件的振荡线宽。所以激光的带宽越宽，
则所获得的脉冲宽度越窄。（脉冲宽度）
若共有（2n+1）个纵模，则激光的电场强度可表示为:
总的光强为:
由于各纵模之间相位彼此相互独立并呈无规则变化，所以各纵 模之间相干项在时间平均下为零，平均输出光强是纵模之和，不会 出现相干加强或相干减弱时域脉冲波输出，而是呈现出存在幅度和 相位噪声的连续光输出。
锁模激光器输出特性
若使 ，即使相邻纵模间的位相差均保持为某一常 数a（通常称此为相位锁定或锁模），则第q个纵模可以表示为：
激光 输出镜 激光介质 染料盒 全反镜
1、线性放大：泵浦刚开始，工作物质对产生的诸多光脉冲进行线 性放大。 2、非线性吸收：染料被漂白，强脉冲被迅速放大，弱脉冲被吸收。 3、非线性放大：工作物质对留下的强脉冲进行非线性放大，使脉 宽被压缩。
被动锁模技术（染料锁模）
P t 线性 放大 P 非线性 吸收 t P t
锁 模 方 式
主动锁模 通过外界信号周期性调制激光器谐振腔参量
光纤激光器脉冲泵浦特性实验研究
光纤激光器脉冲泵浦特性实验研究严杰;傅焰峰;王锟;李大华;刘鹏;罗飚【摘要】脉冲光纤激光器系统产生的放大自发辐射(ASE)是制约其峰值功率的重要因素,而脉冲泵浦是抑制脉冲光纤激光器脉冲自发辐射的有效方法.文章对掺镱双包层光纤放大器的脉冲泵浦特性进行了研究,设计了一种由信号源、隔离器、放大级和滤波器组成的实验光路.对于脉冲泵浦,放大器设计中需要确定的最主要因素是泵浦功率和泵浦脉宽,文章研究了单脉冲能量、ASE功率与泵浦功率以及泵浦脉宽之间的关系,所得结论对脉冲泵浦光纤放大器的设计具有一定的参考价值.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】4页(P62-65)【关键词】光纤激光器;脉冲泵浦;放大自发辐射功率【作者】严杰;傅焰峰;王锟;李大华;刘鹏;罗飚【作者单位】武汉邮电科学研究院,武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN2480 引言光纤激光器是一种采用掺杂光纤作为增益介质的激光器，泵浦光被限制在波导光纤中，用来泵浦抽运纤芯中的掺杂阳离子，掺杂阳离子因为受激跃迁形成粒子数反转，当信号光经过时产生受激辐射，因此信号光在增益光纤中得到放大[1-4]。
高功率掺镱脉冲光纤激光器已被广泛研究，且因其具有众多优点而在工业和军事领域中得到广泛应用[5-7]。
然而，脉冲间放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission, ASE)是光纤激光器存在的一个问题，因其消耗了上层能级粒子数，导致最终输出激光的效率较低，并且导致激光腔中的部件发热，进而影响了系统的稳定性，造成了自激，最终导致激光器输出不稳定，并且减小了从激光腔中可获得的最大脉冲能量等[8]。
室温下的主动锁模Ho∶YAG激光器
室温下的主动锁模Ho∶YAG激光器王吉;王涛【摘要】为了获得在2μm波段的百皮秒激光器，采用主动锁模的方法，使用Tm∶YLF作为抽运源，得到了可在室温下工作的输出连续锁模脉冲的主动锁模Ho∶YAG激光器。
研究了该主动锁模激光器的输出特性，并进行了实验验证，取得了脉冲重复频率为82.75MHz、输出最大平均功率为1W、激光中心波长为2097.25nm、斜率效率为13.3%、锁模脉冲宽度约为86.6ps的实验数据。
结果表明，采用主动锁模的方式能获得输出脉宽百皮秒量级的锁模钬激光器。
%In order to get hundred picosecond laser at 2μm band, by using an acousto-optic modulator and Tm∶YLF laser as the pump source, an actively continuous wave mode-locked Ho∶YAG solid-state laser was obtained at room temperature. The output characteristics of active mode-locked laser were studied. After experimental verification, the parameters of laser were obtained, such as mode-locked pulse repetition frequency of 82. 75MHz, the maximal average output power of 1W, wavelength center of 2097.25nm, slope efficiency of 13. 3%, and pulse width of about 86. 6ps. The results show that mode-locked Ho-doped laser with 100ps pulse width could be obtained by the method of active mode-locked technology.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2016(040)006【总页数】3页(P840-842)【关键词】激光器;锁模激光器;主动锁模;Ho∶Y AG激光器;带内抽运;自相关检测【作者】王吉;王涛【作者单位】中国工程物理研究院宁波中物激光与光电技术研究所，宁波315100;中国工程物理研究院宁波中物激光与光电技术研究所，宁波315100【正文语种】中文【中图分类】TN248.1锁模脉冲具有高峰值功率和超短脉冲的特性。
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单脉冲锁模光纤激光器输出特性的数值研究王健;唐信;林静;丁迎春【摘要】为了研究不同腔内净色散下单脉冲被动锁模光纤激光器的输出特性,采用以非线性薛定谔方程为数学模型和分步傅里叶的方法,对激光脉冲在腔内的演化进行了理论分析.获得了在保持单脉冲稳定输出时激光器一些参量与腔内净色散的变化关系,并针对净色散为正的情况,对输出脉冲进行了腔外解啁啾压缩,压缩比达到10倍以上,分析了压缩所需的负色散值以及压缩后脉宽的情况.结果表明,小信号增益系数最大值与净腔色散大体上成正比关系,且当小信号增益系数达到最大值时,输出脉冲的脉宽以及相应的时间带宽积呈现逐渐增加的趋势,3 dB带宽则呈现出先增加后减少的趋势.该研究结果为优化被动锁模光纤激光器提供了参考.%In order to analyze the output characteristics in single-pulse mode-locked fiber lasers with different net cavity dispersion, a numerical model based on the nonlinear Schr ?dinger equation is conducted to analyze the pulse evolution in the cavity by using the split-step Fourier method.According to the numerical simulation , the relationship between some parameters in fiber lasers and the net cavity dispersion is proven theoretically , and in the case that the net cavity dispersion is positive , the output pulse is compressed outside the cavity numerically and the compression ratio reaches up to ten times.Then the values of the required dispersion and the pulse width after compression are calculated.The results show that the maximum small-signal gain coefficient is proportional to the net cavity dispersion in general.And when the small-signal gain coefficient reaches the maximum value, the pulse width and the time-bandwidth product(TBP)increase gradually, and the 3dB bandwidth increases first and then decreases with the increase of the net cavity dispersion.The conclusion can provide reference for optimizing passively mode-locked fiber lasers.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)006【总页数】4页(P784-787)【关键词】激光器;非线性薛定谔方程;可饱和吸收体;单脉冲;啁啾【作者】王健;唐信;林静;丁迎春【作者单位】北京化工大学理学院物理系,北京100029;北京化工大学理学院物理系,北京100029;北京化工大学理学院物理系,北京100029;北京化工大学理学院物理系,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TN248.3+5近年来，超短脉冲在一些重要领域得到了广泛的应用和研究，如超快诊断、生物工程、超连续谱产生以及光学测量等[1-2]。
为了获得超短脉冲，通常有调Q[3]和锁模[4]两种方法，相较于调Q技术，锁模技术能获得脉宽更窄、功率更高的超短脉冲。
自20世纪60年代实现激光锁模以来，锁模光纤激光器得到了飞速的发展。
现阶段的锁模技术通常分为主动锁模和被动锁模[5]。
相较于主动锁模需要加入声光调制器或者电光调制器等复杂元件，被动锁模则具有良好的稳定性和简单性。
被动锁模只需要在环形谐振腔加入具有等效可饱和吸收作用的器件就可以形成锁模，如半导体可饱和吸收镜[6](semiconductor saturable absorber mi-rror,SESAM)、非线性偏振旋转[7](nonlinear polarization rotation,NPR)、单壁碳纳米管[8](single-walled carbon nanotubes,SWCNTs)和石墨烯[9-10]等。
在锁模光纤激光器中，腔内色散的控制是十分重要的因素[11]。
通过控制腔内净色散的值可以使光纤激光器工作在不同的锁模区域。
在净腔色散为负时，由于色散和非线性效应的作用，激光器工作在传统孤子锁模区域；而在净腔色散为正时，由于色散、非线性效应、增益和损耗的共同作用，激光器会工作在自相似脉冲或者耗散孤子锁模区域。
当净腔色散不同时，脉冲能够承受的能量也不同，当脉冲能量过高时，脉冲就会不稳定进而发生分裂，由单脉冲转化为多孤子脉冲。
为了避免光波分裂，使激光器保持单脉冲输出，本文中从脉冲在光纤中演化的实际出发，建立了同时包含色散、非线性效应、增益以及损耗的理论模型，分析了在不同净腔色散下，通过控制小信号增益系数来保证锁模激光器保持单脉冲输出，进而得到最大的小信号增益系数。
在净腔色散为正时，由于脉冲具有较大的啁啾[12]，对输出脉冲进行腔外压缩，分析计算了净腔色散对压缩所需色散以及压缩后脉宽的影响，具有实际的研究意义。
基于可饱和吸收体的锁模光纤激光器的实验装置图如图1所示。
其中由一个976nm半导体激光器(laser diode，LD)作为抽运源，通过一个980nm/1550nm 的波分复用器(wavelength division multiplexer,WDM)进入环形腔，环形腔中使用一段掺铒光纤(erbium-doped fiber,EDF)作为增益介质，而两段标准单模光纤(single-mode fiber,SMF)以及一段色散补偿光纤(dispersion compensating fiber,DCF)来控制环形腔内的色散，隔离器(isolator，ISO)和偏振控制器(polarization controller,PC)分别控制脉冲的传播方向和偏振方向，可饱和吸收体(saturable absorber，SA)是锁模激光器重要的锁模器件，最后激光器通过一个分光比为20/80的输出耦合器作为激光的输出。
数值计算中的各项参量分别列在表1中，表中SMF2控制腔内净色散，g0保证激光器单脉冲输出。
光脉冲在光纤中的演化过程可以用以下非线性薛定谔方程描述[14]：式中，A(z,τ)是脉冲包络的慢变振幅，z是沿光纤的传输距离，τ是时间参量，β2和γ分别为群速度色散参量和非线性系数，Ω为增益带宽，g为增益系数。
在SMF和DCF中，g=0；在EDF中，g可以用以下公式表示：式中，g0为小信号增益系数，E和Esat分别表示脉冲能量和增益饱和能量。
这里忽略了光纤的损耗、高阶色散以及其它非线性效应。
这个模型中的锁模器件是可饱和吸收体，它的非线性透过率可以表示为：式中，ΔT,Ps和Psat分别表示可饱和吸收体的调制深度、脉冲功率以及可饱和吸收体的饱和功率，α为可饱和吸收体的固有损耗。
通过这个表达式可以发现，可饱和吸收体的透过率在脉冲功率高的部分透过率高，而在脉冲功率低的位置透过率低，如图2所示[15]。
本次模拟中主要采用分步傅里叶的方法进行数值求解，将一个随机噪声信号作为模拟的初始信号，在谐振器内不断循环直至达到稳定的自洽状态。
假定连续两次循环输出脉冲强度的相对误差不大于0.1%时，激光器达到稳定状态。
模拟中采用的参量为：Esat=10pJ，ΔT=20%，Ω=40nm，Psat=72W，α=0.55，其余参量参照表1。
锁模光纤激光器内脉冲的演化过程如图3所示。
一个随机噪声信号在腔内不断地自洽演化，循环1000圈后，得到稳定的锁模脉冲。
通过调整SMF2的长度从27.5m到0.5m来控制腔内的净色散，使其在约-0.3ps2到约+0.3ps2的范围内变化。
然后在每一个净腔色散下，改变小信号增益系数g0的值，使激光器保持在单脉冲锁模的状态，不断调整g0，得到激光器在保持单脉冲输出时g0的最大值，如图4所示。
从图中可以看出，在净腔色散为负时，激光器所承受的g0的最大值很小；而在净腔色散为正时，激光器所承受的g0相对较大。
这是由于在负色散区，锁模激光器输出为传统孤子，能量很小；在正色散区，激光器输出为自相似脉冲，能量较高。
图5中给出了当g0取最大值时，不同净腔色散下输出脉冲的脉宽、3dB带宽以及相应的时间带宽积(time bandwidth product,TBP)的变化。
图5a中，脉宽在负色散区域变化较小，在正色散区域随腔内净色散的增加明显增大。
从图5b中可以看出，脉冲的3dB带宽随着腔内净色散的增加呈先增大后减小的趋势，并在零色散附近时达到最大值，这是由于在零色散附近，色散的影响相对较小，而非线性的影响相对较大。
从图5c中可以看出，时间带宽积在负色散区域非常小，接近转换极限；在正色散区域很大，存在很大的啁啾，可以进行腔外解啁啾压缩。
在腔内净色散为正时，输出脉冲的频率啁啾信息如图6a所示，此时脉冲具有较大的正啁啾，可以通过在腔外加一段负色散光纤来进行解啁啾压缩，压缩后的脉冲如图6b所示，脉冲宽度由压缩前的5.15ps压缩到530fs。
此外，进一步分析了压缩后脉冲宽度以及压缩所需色散值与腔内净色散的关系，如图7所示。
图7a中展示了脉冲在压缩前后脉宽的对比，发现脉冲压缩后脉宽能降低10倍以下。
由图7b可以看出，随着净腔色散的增大，脉冲进行腔外压缩所需的负色散也越来越大，这是由于净腔色散增大，积累的啁啾也增大，进行脉冲压缩需要补偿的负色散量也随着增加。
通过数值计算分析了单脉冲锁模光纤激光器所能承受的小信号增益系数g0的最大值与腔内净色散的变化关系，这种变化主要是由于激光器在不同净腔色散下锁模区域不同、输出脉冲的承受能量不同导致的。