全光纤锁模激光器性能提升的研究

二十多年来，光纤锁模激光器以其小巧紧凑的结构、优秀的性能、稳定的锁模状态，成为了超短脉冲激光技术领域中的生力军，引起了越来越多科研工作者的研究兴趣。近年来，不同色散结构、不同锁模机制的光纤激光器，丰富了超短脉冲技术的理论基础，并且促进了超短脉冲技术的应用。其中展宽脉冲（Stretched-Pulse）锁模激光器由于输出大线性啁啾脉冲、腔内演化过程呈现呼吸状态，特别适合作为光纤啁啾脉冲放大（CPA）系统的种子源。本文实现了67 mW平均功率、36 MHz重复频率的锁模脉冲输出，经过腔外压缩得到了70 fs的时域脉宽。而全正色散（ANDi）锁模激光器，由于腔内不含色散补偿器件，因而结构更为简单，运转更加稳定。同时，大模场面积光子晶体光纤由于其较大的模场面积，降低了非线性效应，能够提供更高性能的锁模输出，所以本文自然而然地将两者结合起来，实现了稳定的光纤放大系统，获得了4 W平均功率、54MHz重复频率的锁模输出，经过腔外压缩，时域脉宽达到140 fs。最后，鉴于脉冲压缩技术在超短脉冲产生、传输中的重要作用，本文从理论和实验上探索、研究了基于光子晶体光纤的新兴脉冲技术，它采用耗散过程产生锁模，锁模机制更加新颖。主要依靠频谱滤波效应等耗散过程实现腔内脉冲的整形，因此又为锁模光纤激光器引入了新的锁模机制。本文围绕掺镱的ANDi锁模光纤激光器开展了相关的理论、数值和实验研究工作。采用14 m长的高非线性光子晶体光纤，将1 ns带非线性啁啾脉宽压缩至800 ps。