本文選題：單頻 + 電光調(diào)制　； 參考：《北京工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：光纖激光器具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、光束質(zhì)量好、光光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點成為研究最為廣泛的激光器之一。單頻納秒脈沖光纖激光器因為具有極窄的光譜線寬,在相干合成、激光雷達、激光測距等領(lǐng)域有著重要的應用。1μm波段的單頻納秒脈沖激光可以倍頻產(chǎn)生綠光輸出,高能量單頻納秒脈沖綠光可以作為激光雷達的光源,在測量水溫、水流速度等應用中能夠提供長距離、高精度的測量。所以研究如何獲得高能量的單頻納秒脈沖激光輸出具有重要的應用價值。本文對單頻激光的強度調(diào)制以及單頻納秒脈沖光纖激光放大器進行了理論和實驗上的研究,主要工作包括以下幾個方面:1、簡述了單頻光纖激光放大器的研究背景和意義,介紹了全光纖單頻激光放大器國內(nèi)外的研究進展,以及單頻納秒脈沖激光放大器在實際中的一些應用。2、從鐿離子能級結(jié)構(gòu)出發(fā),在理論上給出了單頻摻鐿光纖激光放大器的速率方程和邊界條件;介紹了激光在光纖中傳輸容易產(chǎn)生的幾種非線性效應,著重討論了受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)這兩種非線性效應;在理論上描述了窄線寬納秒脈沖光纖激光放大器中的SBS動力學過程,分析了窄線寬納秒脈沖光纖激光放大器中易產(chǎn)生SBS的根本原因,提出了抑制SBS的幾種方法,并討論了幾種方法共同抑制SBS效應的可行性。3、介紹了調(diào)Q和調(diào)制這兩種獲得納秒脈沖激光輸出方法的基本原理,闡述了利用任意波形發(fā)生器(AWG)和電光調(diào)制器(EOM)對連續(xù)激光進行強度調(diào)制獲得脈沖寬度和重復頻率可控制的脈沖激光輸出的基本原理,并且通過調(diào)節(jié)AWG和EOM相關(guān)參數(shù),得到了與調(diào)制信號波形參數(shù)一樣的穩(wěn)定脈沖激光輸出,為下一步單頻納秒脈沖激光的放大提供了一個很好的種子源。4、介紹了在光纖激光放大器實驗中SBS效應的抑制方法,在理論上計算了SBS的閾值,實驗上對主放大級采用大模場面積雙包層光纖、水冷等方式提高SBS的閾值。對脈沖寬度為10 ns,重復頻率分別為10 kHz和5 k Hz的單頻脈沖激光進行全光纖MOPA放大,得到了平均輸出功率23.24 W、23.12 W,單脈沖能量和峰值功率分別為2.3 mJ、230 kW和4.6 mJ、460 k W穩(wěn)定的放大脈沖激光輸出,并進行了初步的腔外倍頻實驗。
[Abstract]:Fiber laser has become one of the most widely studied lasers with the advantages of simple and compact structure, good beam quality and high optical conversion efficiency. Single frequency nanosecond pulsed fiber laser has important applications in coherent synthesis, lidar, laser ranging and other fields because of its very narrow spectral linewidth. The single-frequency nanosecond pulse laser at the wavelength of .1 渭 m can double frequency to produce green light output. High-energy single-frequency nanosecond pulsed green light can be used as a light source for lidar. It can provide long distance and high precision measurement in the applications of measuring water temperature and flow velocity. Therefore, the study of how to obtain high energy nanosecond pulse laser output has important application value. In this paper, the intensity modulation of single-frequency laser and the theoretical and experimental research of single-frequency nanosecond pulsed fiber laser amplifier are studied. The main work includes the following aspects: 1. The research background and significance of single-frequency fiber laser amplifier are briefly described. This paper introduces the research progress of all-fiber single-frequency laser amplifier at home and abroad, and some applications of single-frequency nanosecond pulse laser amplifier in practice, starting from ytterbium ion energy level structure. In this paper, the rate equation and boundary conditions of single frequency ytterbium-doped fiber laser amplifier are given theoretically, and some nonlinear effects of laser propagation in optical fiber are introduced. Two nonlinear effects of stimulated Raman scattering (SRS) and stimulated Brillouin scattering (SBS) are discussed, and the dynamic process of SBS in narrow linewidth nanosecond pulsed fiber laser amplifier is described theoretically. The basic causes of SBS in narrow linewidth nanosecond pulsed fiber laser amplifier are analyzed, and several methods to suppress SBS are put forward. The feasibility of several methods to suppress SBS effect is discussed. The basic principles of Q-switched and modulation methods for obtaining nanosecond pulse laser output are introduced. The basic principle of pulse width and repetition rate controlled pulse laser output by using arbitrary waveform generator (AWG) and electro-optic modulator (EOM) for intensity modulation of CW laser is described, and the parameters of AWG and EOM are adjusted. The stable pulse laser output, which is the same as the modulation signal waveform parameter, is obtained, which provides a good seed source for the next step of single-frequency nanosecond pulse laser amplification. The method of SBS suppression in the experiment of fiber laser amplifier is introduced. The threshold value of SBS is calculated theoretically, and the threshold value of SBS is increased experimentally by means of large mode field area double-clad fiber and water cooling. An all-fiber MOPA amplifier is used to amplify single-frequency pulse laser with pulse width of 10 ns and repetition rate of 10 kHz and 5 kHz, respectively. The average output power is 23.24 WN 23.12 W, the single pulse energy and peak power are 2.3 MJ ~ (2 +) 230 kW and 4.6 mg ~ (-1) 460kW, respectively, and stable amplification pulse laser output is obtained, and a preliminary experiment of frequency doubling out of the cavity is carried out.
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：2112003