【摘 要】
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中红外激光器在军事、生物医学、大气检测以及光学成像等多个应用领域都有着非常重要的应用前景和科研意义,多年来成为科学家们研讨的热门话题。相比于传统激光器,基于孤子自频移（Soliton self-frequency shift,SSFS）效应的波长可调谐短脉冲激光器具有窄脉宽、高峰值功率、结构紧凑、稳定性高等特点,并且能够克服稀土离子锁模光纤激光器在光谱上的限制,是一种优秀的波长调谐激光源,但是,目
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中红外激光器在军事、生物医学、大气检测以及光学成像等多个应用领域都有着非常重要的应用前景和科研意义,多年来成为科学家们研讨的热门话题。相比于传统激光器,基于孤子自频移（Soliton self-frequency shift,SSFS）效应的波长可调谐短脉冲激光器具有窄脉宽、高峰值功率、结构紧凑、稳定性高等特点,并且能够克服稀土离子锁模光纤激光器在光谱上的限制,是一种优秀的波长调谐激光源,但是,目前仍存在调谐范围较窄、拉曼效率低、结构复杂等问题。针对以上问题,本文围绕光纤级联结构的拉曼激光器,开展对中红外波段SSFS现象的研究,研究内容如下:首先,本文阐述了光纤中光孤子的形成以及光纤中SSFS产生的相关机理,包含色散、自相位调制、孤子分裂、受激拉曼散射等。接着,推导了光脉冲在光纤中传输的广义非线性薛定谔方程,通过求解该方程建立SSFS现象的数值模型。然后从理论上研究了氟碲酸盐光纤中红外拉曼SSFS过程,通过数值模拟研究了抽运波长和纤芯直径对SSFS效应的影响。通过分析数值模拟的结果,阐明了孤子阶数在低功率和高功率情况下的不同作用。在1.9μm和2.8μm高功率种子脉冲的条件下,利用4μm纤芯的氟碲酸盐光纤作为非线性介质,实现了覆盖1.9～4.1μm和2.8～5.2μm的宽带可调谐的拉曼孤子激光器。设计了氟碲酸盐光纤与硫系光纤级联结构,进一步增强中红外波段的SSFS效应,实现了1.9～7.5μm和2.8～8.1μm的波长转换。最后,搭建了掺铥光纤放大器与高非线性掺锗光纤级联结构的宽带调谐拉曼孤子源,通过优化掺铥光纤的长度,使掺铥光纤中的拉曼转换效率达到了91%,实现了1.96～2.88μm的宽带可调谐拉曼孤子,当拉曼孤子的中心波长为2.82μm时,也可以保持40%以上的拉曼转换效率。本文的工作可以为优化拉曼孤子激光器提供有效的分析,并为扩展SSFS的波长范围以及提高拉曼转换效率提供有意义的思路。
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