【摘要】：窄線寬單頻激光光源在光通信系統(tǒng)、光纖傳感、引力波探測和激光雷達(dá)等許多領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價值。其中,基于短線性腔結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器憑借其緊湊的結(jié)構(gòu)、k Hz量級的線寬和穩(wěn)定的單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為激光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是,一般光纖激光器在幾百k Hz到幾MHz的中頻段存在著較強(qiáng)烈的弛豫振蕩現(xiàn)象;同時,外界環(huán)境擾動和泵浦功率波動容易影響激光器低頻段的噪聲性能,造成激光輸出功率不穩(wěn)定;并且,自由運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器輸出頻率波動一般在10-7量級及以上。然而,對于許多實際應(yīng)用,比如相干光通信和光纖水聽器等,目前激光器的穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步優(yōu)化。因此,研究如何獲得高穩(wěn)定性的單頻光纖激光器具有重要的應(yīng)用價值和實際意義。本文主要從功率穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性兩個方面出發(fā),圍繞本課題組自制的1.5μm波段單頻DBR結(jié)構(gòu)磷酸鹽光纖激光器開展以下工作,具體的研究內(nèi)容和取得的研究成果如下:(1)利用雙路光電負(fù)反饋系統(tǒng)同時抑制單頻光纖激光器的低頻段和馳豫振蕩處強(qiáng)度噪聲,同時提高激光功率長期穩(wěn)定性。理論上對反饋系統(tǒng)的設(shè)計方案、抑制效果和穩(wěn)定性進(jìn)行研究;實驗上詳細(xì)地分析泵浦功率可調(diào)制的激光器驅(qū)動、精密溫控和雙路反饋系統(tǒng)三個部分電路的設(shè)計調(diào)試過程。實現(xiàn)了在低頻段0-5 k Hz范圍內(nèi)激光器的相對強(qiáng)度噪聲(RIN)衰減20 d B左右,在5-10 k Hz范圍內(nèi)降低超過10 d B。特別地,在0.2-5 k Hz處RIN值接近-150 d B/Hz,并且RIN在弛豫振蕩峰頻率處被抑制約22 d B,同時24小時內(nèi)激光器輸出功率的不穩(wěn)定性從自由運(yùn)轉(zhuǎn)時的±0.5%降低至小于±0.05%。通過該反饋系統(tǒng)極大地提高該單頻光纖激光器的功率穩(wěn)定性。(2)通過分析氰化氫(H13C14N)分子吸收譜線,設(shè)計基于頻率調(diào)制光譜技術(shù)的穩(wěn)頻實驗方案,并開展對單頻DBR結(jié)構(gòu)磷酸鹽光纖激光器穩(wěn)頻的理論分析和相關(guān)實驗研究。理論上對穩(wěn)頻系統(tǒng)原理進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真,并結(jié)合定制氣室的特性確定實際方案中各項參數(shù)。實驗上開展穩(wěn)頻研究和對其中各部分電路模塊的設(shè)計調(diào)試過程進(jìn)行分析和從理論上研究整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抑制效果。并且,利用控制腔溫度與PZT電壓結(jié)合的方式對激光器輸出頻率連續(xù)調(diào)諧超過3.5 GHz。實現(xiàn)了激光器輸出頻率波動在±600 k Hz以內(nèi),實驗上獲得了無頻率調(diào)制的穩(wěn)頻激光。(3)利用前面兩項工作的基礎(chǔ),實驗上開展對可調(diào)制單頻光纖激光器的輸出激光頻率和功率同時穩(wěn)定的研究。介紹整體實驗裝置并詳細(xì)地功率穩(wěn)定裝置的實驗過程,通過對二者的同時穩(wěn)定,使單頻激光器的輸出激光頻率波動在±500 k Hz以內(nèi),鎖定時間超過24小時,在24小時內(nèi)激光的長期功率不穩(wěn)定性小于±0.2%,實驗上獲得了一臺無頻率調(diào)制的高穩(wěn)定性單頻光纖激光器。
[Abstract]:Narrow linewidth single frequency laser light source has important application value in many fields, such as optical communication system, optical fiber sensing, gravitational wave detection and lidar. Among them, single-frequency fiber laser based on short linear cavity structure has become a research focus in the field of laser because of its compact, k Hz linewidth and stable single longitudinal mode operation. However, there are strong relaxation oscillations in the middle frequency band from hundreds of k Hz to several MHz. At the same time, the noise performance of the laser in the low frequency band is easily affected by the disturbance of the external environment and the fluctuation of the pump power, resulting in the instability of the laser output power. Moreover, the output frequency of the free-running laser generally fluctuates in the order of 10 鈮，

本文編號：2507913