發(fā)布時(shí)間：2020-03-23 09:48

【摘要】：近年來,單頻光纖激光器作為激光器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),發(fā)展迅速。因它具有相干性好、易于集成化、散熱性好、光束質(zhì)量好以及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),因而使其廣泛地應(yīng)用于激光測(cè)距、激光雷達(dá)、光纖水聽器、激光醫(yī)療、干涉檢測(cè)、光譜成像、引力波探測(cè)等領(lǐng)域。隨著高摻雜、多組分玻璃光纖新型技術(shù)的飛速發(fā)展,光纖激光器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)單頻輸出腔型選擇越來越偏向于短直線型腔,尤其是利用結(jié)構(gòu)簡單緊湊、全光纖、穩(wěn)定性高、縱模間隔較大且不易跳模的分布布拉格反射式(Distributed Bragg R eflector-DBR)短直腔結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)光纖激光器單頻輸出的方法,逐漸受到了廣大科研學(xué)者積極的關(guān)注和研究。本論文選用兩個(gè)寬帶、高反光纖光柵(HR-FBG)和1.4cm長度的高摻雜濃度Yb3+增益介質(zhì)構(gòu)建了DBR短直腔光纖激光器,成功實(shí)現(xiàn)了輸出波長為1030nm的單頻激光輸出,并對(duì)其輸出功率進(jìn)行了放大的實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí),也對(duì)光纖光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)局部點(diǎn)加熱帶通濾波特性以及溫度傳感增敏特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。本文主要的研究內(nèi)容及其成果如下:首先,簡單介紹了傳輸矩陣?yán)碚?理論計(jì)算、分析了在FBG柵區(qū)不同位置引入不同相位突變對(duì)其反射譜的影響。在此基礎(chǔ)上,基于傳輸矩陣?yán)碚?改變加熱溫度、加熱位置和加熱寬度等參數(shù),理論分析了FBG局部點(diǎn)加熱的輸出光譜特性。另外,對(duì)摻雜Yb3+離子光纖的能級(jí)結(jié)構(gòu)和光譜特性進(jìn)行了介紹和分析。接著,提出了一種基于兩個(gè)寬帶、高反光纖光柵(HR-FBG)的短直腔DBR結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器。該短直腔DBR光纖激光器采用長度為1.4cm的以石英玻璃為基底、高摻雜濃度Yb3+增益光纖為工作介質(zhì)。通過對(duì)該光纖激光器的兩個(gè)HR-FBG進(jìn)行精確地溫控,使其反射峰邊緣處相交疊,進(jìn)而有效地壓窄腔內(nèi)增益帶寬,成功實(shí)現(xiàn)了輸出波長為1030nm的單縱模激光輸出,并對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)特性進(jìn)行了全面的實(shí)驗(yàn)研究。固定輸出端HR-FBG溫度為12℃,輸入端HR-FBG的溫度在59.2℃~60.6℃范圍時(shí),該DB R短直腔光纖激光器始終呈現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí),在該光纖激光器處于單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),兩個(gè)HR-FBG按照相同的溫度步長同時(shí)進(jìn)行溫度調(diào)諧,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)諧的單頻激光輸出。為實(shí)現(xiàn)該單頻光纖激光器的高功率輸出,分別對(duì)此單頻激光輸出分別進(jìn)行了后向泵浦光放大方式的實(shí)驗(yàn)研究。采用這種功率放大方式條件下,當(dāng)增益長度為8.5cm時(shí),得到的放大輸出功率為349.7m W,斜效率為69.8%。在此工作基礎(chǔ)上,對(duì)寬帶FBG在局部點(diǎn)加熱情況下的輸出光譜特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)現(xiàn)了單波長、雙波長以及四波長濾波窗口,為實(shí)現(xiàn)雙寬帶HR-FBG組成的光纖激光器單頻輸出提供了一種可能方法。最后,分別以銅、鋁、有機(jī)玻璃、聚四氟乙烯為實(shí)驗(yàn)襯底材料,對(duì)采用片式粘敷封裝技術(shù)的FBG溫度傳感增敏特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)對(duì)兩側(cè)尾纖有涂覆層的FBG進(jìn)行封裝時(shí),其溫度靈敏系數(shù)分別是裸纖情況下的2.3倍、2.9倍、5.2倍、11.7倍。為了改進(jìn)實(shí)驗(yàn),對(duì)尾纖無涂覆層的FBG進(jìn)行了封裝測(cè)試。在測(cè)試溫度范圍內(nèi),其反射波長隨溫度的變化始終呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,其溫度靈敏系數(shù)分別提高到了3倍、3.4倍、9.2倍、12.6倍,測(cè)量結(jié)果重復(fù)性良好。
【圖文】：

第一章 緒論般而言，介質(zhì)反射膜的發(fā)射光譜帶寬較寬，，能夠達(dá)到幾個(gè)成的此反射腔鏡不滿足窄帶條件，因此其對(duì)模式的選擇效的激光器通常處于多縱模運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，較難獲得單縱模、窄提高縱模選擇特性這一問題，就要使組成諧振腔的反射腔光纖布拉格光柵（FBG）器件作為反射腔鏡，以此來獲得利用 FBG 作為反射腔鏡，既提高了諧振腔內(nèi)空間光到光較為復(fù)雜的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好，適用環(huán)境范圍較寬

圖 1.2 DFB 短直腔結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖[33]圖 1.3 DBR 短直腔結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖[34]BR 結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器直腔結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器是另一種典型的線型腔，其結(jié)構(gòu)如圖 1.3 光諧振腔通常是由一個(gè)寬帶、高反的 FBG 和一個(gè)當(dāng)作耦合輸出的窄及一段較短的高摻雜稀土離子增益光纖三者構(gòu)建而成。作為耦合輸出帶、高反 FBG 波長要匹配，以此能形成諧振。為了能夠?qū)崿F(xiàn)單頻激光合輸出 FBG 要具有較窄的反射帶寬外，還要求增益光纖的長度盡量高的增益系數(shù)以保證激光單縱模能振蕩。與 DFB 結(jié)構(gòu)相比較，DB較為容易，成本較低，輸出功率相對(duì)較高。因此，本論文的主要工作
【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】：2019
【分類號(hào)】：TN248;TP212.11

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本文編號(hào)：2596553