基于腔内同步泵浦拉曼耗散孤子光纤激光器机理与特性的研究

Ultrashort pulse fiber laser have a widely application in fiber telecommunications, biomedical diagnostics, and industrial materials processing. However, most ultrafast fiber lasers have been just focused on the ~1, ~1.55, and ~2 μm wavelengths, limited by the narrow gain bandwidth of rare-earth-doped fiber. This project investigates the mechanism and characteristics of ~1.7 μm intracavity synchronous pumping Raman dissipative soliton (RDS) based on erbium-doped passively mode locked fiber laser with Raman feedback loop. We will construct the theoretical model of synchronous pumping RDS for analyzing the generation mechanism and the pulse characteristics of RDS. Synchronous pumping RDS generation experimental system will be constructed based on intracavity Raman feedback loop. The dynamic evolutions of RDS will be experimentally studied based dispersive Fourier transformation technology. The properties of RDS will be studied under different feedback loop parameters, pumping power and cavity dispersion. Finally, the wavelength tuning RDS will be also explored. This project would master the key technologies of generating RDS and overcome the wavelength limitation of ultrashort pulse fiber laser. It also has very important sense to the development of ultrashort fiber laser technologies.

超短脉冲光纤激光器在光纤通信、生物诊断、工业加工等领域有着重要的应用。然而，受制于增益光纤特性的限制，超短脉冲的研究主要还集中在~1、~1.55及~2微米等特定波段。本项目拟基于掺铒被动锁模光纤激光器构建拉曼反馈环结构，在~1.7微米波段实现腔内同步泵浦拉曼耗散孤子（RDS）输出，系统研究高能量RDS产生机理与特性。主要研究内容如下：建立腔内同步泵浦RDS产生的理论模型，理论分析RDS的形成机理及激光器参数对其特性的影响；构建基于拉曼反馈环的腔内同步泵浦RDS产生的实验系统，利用色散傅里叶转换技术实验研究RDS的动力学过程，明确反馈环参数、泵浦功率、色散值等对RDS特性的影响；并探索波长可调谐RDS的产生。本项目的研究对掌握RDS产生关键技术，克服超短脉冲光纤激光器波长限制，推动超快光纤激光技术的发展有着重要意义。

被动锁模光纤激光器由于其稳定性高、光束质量好、免维护、成本低等优点，在工业加工、生物成像、精密测量和科学研究等领域有着非常重要的应用。然而，由于增益介质、非线性效应、滤波效应等因素，被动锁模光纤激光器在输出波长、脉冲能量等方面受着极大的限制。本项目基于扩展的非线性薛定谔方程和色散傅里叶转换(DFT)实时测量技术，从理论和实验对被动锁模光纤激光器中拉曼锁模脉冲、耗散孤子、展宽脉冲、传统孤子、孤子分子以及多波长锁模等多种类型锁模脉冲的产生、分裂以及腔内的动力学演化过程进行了研究，同时分析了泵浦功率、色散、非线性、滤波等参数对其的影响。主要研究内容包括：（1）利用DFT实时测量技术对被动锁模光纤器中耗散孤子、展宽脉冲产生和分裂的腔内动力学演化过程进行了研究，分析了泵浦功率对耗散孤子分裂的影响以及调Q不稳定在其中的重要作用；（2）建立了拉曼被动锁模光纤激光器理论模型，实现拉曼孤子锁模脉冲，揭示了拉曼孤子脉冲的形成机理和演化过程，以及泵浦功率、色散、非线性系数等对其的影响；（3）研究了孤子分子和单个脉冲共存的特殊现象并利用马赫泽德干涉仪实现了耗散孤子分子脉冲间距可调谐；（4）利用光纤光栅实现了皮秒和飞秒脉冲的单波长、双波长、三波长的可切换锁模脉冲输出以及矩形耗散孤子与高斯型光谱脉冲的切换锁模；（5）研究了“9”型锁模光纤激光器并进行色散、孤子边带的管理。在本项目的资助下共发表论文12篇，其中SCI论文6篇（二区4篇，三区2篇），EI论文5篇，中文核心论文1篇。发表论文本项目第一标注10篇，第二标注2篇。申请发明专利2项，培养研究生4名。