【摘要】：單頻光纖激光器是指在光學(xué)的諧振腔內(nèi)只有一個(gè)縱模輸出的光纖激光器,因而又稱(chēng)為單縱模光纖激光器,因其轉(zhuǎn)換效率高、相干性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊及線寬窄等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于光通信、光纖傳感、精密測(cè)量等領(lǐng)域。本文采用光纖環(huán)形鏡與可飽和吸收體相結(jié)合將其應(yīng)用到線性腔的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)1064 nm的單頻光纖激光輸出,而后將實(shí)驗(yàn)所得到的單頻激光作為種子光進(jìn)行了功率放大,主要工作及研究?jī)?nèi)容為：1.理論分析了摻鐿光纖的能級(jí)結(jié)構(gòu)、光譜特性,并對(duì)最佳的光纖長(zhǎng)度及線性腔內(nèi)功率的分布進(jìn)行了計(jì)算�；诠饫w環(huán)形鏡的工作原理,將其與可飽和吸收體結(jié)合形成光纖環(huán)形濾波鏡,理論分析了環(huán)形濾波鏡的濾波原理及工作機(jī)制,包括動(dòng)態(tài)光柵的形成機(jī)理。分析了石墨烯之所以在光纖環(huán)形鏡及單頻光纖激光器中作為可飽和吸收體的原因。2.實(shí)驗(yàn)中采用可飽和吸收體應(yīng)用到光纖環(huán)形鏡并將其置于線性腔中的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)單頻光纖激光器。分別使用摻鐿光纖和石墨烯作為環(huán)形濾波鏡中的可飽和吸收體,通過(guò)不斷調(diào)節(jié)兩個(gè)偏振控制器,實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)1064 nm的穩(wěn)定單頻激光輸出,功率穩(wěn)定性達(dá)到98%以上,信噪比為60 dB,其中使用摻鐿光纖作為可飽和吸收體獲得閾值30 mW、最大輸出功率為32 mW、斜率效率為33.8%的單頻激光輸出,而使用石墨烯作為可飽和吸收體則得到了閾值26 mW、最高輸出功率為16 mW,斜坡效率為15%的單頻激光輸出。使用光纖延時(shí)自外差的方法測(cè)得其輸出線寬為5 kHz。3.在實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的單頻激光輸出后,將其輸出的信號(hào)作為種子光進(jìn)行了功率放大。實(shí)驗(yàn)采用MOPA放大系統(tǒng),先后分別使用2m、5m、10m的摻鐿光纖作為增益介質(zhì),經(jīng)實(shí)驗(yàn)比較,發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度為5m時(shí)所獲得的輸出功率效果最好,其中在泵浦光最大為300 mW時(shí),得的單頻激光放大功率為160 mW,增益系數(shù)14.3 dB,放大倍數(shù)為26.7倍。
[Abstract]:Single-frequency fiber laser is a kind of fiber laser with only one longitudinal mode output in the resonator of optics, so it is also called single-longitudinal-mode fiber laser, because of its high conversion efficiency and good coherence. It is widely used in optical communication, optical fiber sensing, precision measurement and so on due to its simple and compact structure and narrow line width. In this paper, the single frequency optical fiber laser output of 1064 nm is realized by combining the optical fiber ring mirror with saturable absorber to the linear cavity, and then the experimental single frequency laser is used as the seed light to amplify the power. The main work and research contents are as follows: 1. The energy level structure and spectral characteristics of ytterbium-doped fiber are theoretically analyzed. The optimal fiber length and the distribution of power in the linear cavity are calculated. Based on the working principle of fiber annular mirror, the fiber ring filter mirror is formed by combining it with saturable absorber. The filtering principle and working mechanism of ring filter mirror are analyzed theoretically, including the formation mechanism of dynamic grating. The reason why graphene is a saturable absorber in fiber ring mirror and single frequency fiber laser is analyzed. In the experiment, a single frequency fiber laser is realized by applying saturable absorber to the optical fiber ring mirror and placing it in a linear cavity. Ytterbium-doped fiber and graphene are used as saturable absorbers in annular filter mirror respectively. By adjusting two polarization controllers continuously, the stable single-frequency laser output with a central wavelength of 1064 nm is achieved, and the power stability is over 98%. The signal-to-noise ratio (SNR) is 60 dB, in which ytterbium-doped fiber is used as the saturable absorber to obtain the single-frequency laser output with a threshold of 30 mW, with a maximum output power of 32 mW, slope efficiency of 33.8%. Using graphene as a saturable absorber, a single frequency laser output with a threshold of 26 mW, with a maximum output power of 16 mW, slope efficiency of 15% was obtained. The output linewidth of the fiber delay self-heterodyne is measured to be 5 kHz.3.. After the stable single frequency laser output is realized, the output signal is amplified as seed light. The MOPA amplification system is used in the experiment, and the ytterbium-doped fiber with 2mt 5mt 10m is used as the gain medium respectively. Compared with the experiment, it is found that the output power is the best when the length is 5 m, especially when the pump light is up to 300 mW. The gain factor of the single frequency laser is 14.3 dB, and the gain factor of 160mW, is 26.7 times.
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN248

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本文編號(hào)：2282906