摘要
被动锁模光纤激光器因其结构紧凑、输出稳定性好、光束质量高等优点而受到广泛关注，在光学传感、材料加工、超快光谱学和医学等领域有着广阔的应用前景。非线性环形镜是光纤激光器中所应用的一种有效的被动锁模技术，基于该技术构建的9字腔和哑铃形腔激光器具有很强的结构灵活性和抗干扰能力，对提升输出光脉冲性能及研究孤子动力学有着很大的发展潜力。本文从理论和实验两个方面对不同结构的9字腔和哑铃形腔锁模光纤激光器进行探讨，分析其性能特性，主要的研究内容如下： 1.实验搭建了9字腔掺铒光纤激光器，谐振腔内设置非互易相移器以提升激光器的锁模自启动性能。激光器为全负色散腔，获得了中心波长1564.1nm、重频6.44MHz、脉宽930fs的传统孤子脉冲，研究了腔内不同位置处的输出脉冲特性；并通过调节偏振控制器实现了偏振锁定矢量孤子输出；通过调节泵浦功率和偏振控制器还获得了束缚态孤子和孤子簇。此外，数值模拟了9字腔光纤激光器的输出脉冲特性，仿真结果与实验结果吻合。 2.调整9字腔掺铒光纤激光器结构，不再使用非互易相移器，通过增加环形腔长度和增大泵浦功率的方式来产生足够的非线性相移差，进而使激光器实现锁模。实验获得了方形类噪声脉冲（Noise-likepulses，NLP），其最大脉冲宽度达到128ns，对应脉冲能量达98.8nJ，并利用高速实时示波器直接观测到了方形NLP内部大量超短子脉冲的分布特性。 3.仿真设计了亚百飞秒9字腔掺镱光纤激光器，采用啁啾光纤布拉格光栅进行腔内色散补偿，激光器可以直接输出188fs的超短脉冲，进一步经过腔外光栅对压缩后可使脉宽达到86fs。此外，对光脉冲在腔内的演化过程进行了数值模拟，并探讨了腔结构参数及腔内器件参数对锁模脉冲特性的影响。 4.基于两个非线性环形镜构建了哑铃形腔掺铒光纤激光器，其为净正色散腔，实现了耗散孤子共振（Dissipativesolitonresonance，DSR）脉冲输出，还观测到了DSR脉冲的周期加倍现象。数值仿真了哑铃形腔掺铒光纤激光器，重点分析了谐振腔中环形镜的长度对输出DSR脉冲特性的影响。
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