發(fā)布時間：2020-07-11 07:20

【摘要】：1.7μm波段光纖激光器在生物成像、激光醫(yī)療、特殊材料加工、有機物微量測量、中紅外激光產(chǎn)生等領域有著巨大應用前景,已成為國內(nèi)外的研究熱點。本文借助光纖的非線性效應,設計并實驗研究1.7μm波段的光纖激光器,主要內(nèi)容可分為以下三個部分:(1)1.7μm波段增益譜的研究首先,從基于離子摻雜光纖和光纖非線性兩方面研究了產(chǎn)生1.7μm波段增益譜的相關理論。分別分析了Bi~+、Tm~(3+)及銩鈥、銩鋱共摻光纖中離子的能級結構和光譜特性和基于不同泵浦源下產(chǎn)生增益譜的機理。其次,根據(jù)理論分析搭建了基于帶通放大自發(fā)輻射(SS-ASE)光源作為泵浦源,通過非線性效應產(chǎn)生1.7μm波段增益譜的實驗系統(tǒng)。經(jīng)整形優(yōu)化光譜后得到了20dB光譜范圍1570.9-1710.5nm,峰值波長可調諧范圍20nm,峰值功率-35dBm的光譜。此外,設計了基于級聯(lián)調制器的皮秒脈沖泵浦源,并通過實驗得到了1.7μm波段增益譜。當泵浦中心波長為1565nm,放大后光功率達到最大,此時得到20dB光譜范圍1528.6-1910.4nm的最優(yōu)增益光譜。(2)1.7μm波段連續(xù)激光器的實驗研究理論分析了多種濾波器的濾波性能,而后基于上述ASE泵浦產(chǎn)生的增益譜,搭建環(huán)形腔光纖激光器,實現(xiàn)了1.7μm波段的可調諧窄線寬拉曼光纖激光器。實驗結果顯示,其單激光輸出的中心波長可調諧范圍為1652.1nm-1680.1nm,激光線寬0.0232nm。此外,通過增加泵浦光功率及調節(jié)偏振控制器(PC),可以獲得最多四個波長的穩(wěn)定多波長激光。(3)1.7μm波段皮秒脈沖激光器的實驗研究基于上述皮秒脈沖泵浦產(chǎn)生的增益譜,再經(jīng)過多次濾波后得到了調諧范圍為1660.1nm-1703.7nm,脈寬大約為151ps的皮秒脈沖光信號。另外,設計并實驗研究得到了基于單調制器的1.7μm波段可切換單/雙脈沖皮秒脈沖源,通過調節(jié)調制器直流偏置切換單雙脈沖形態(tài)。實驗結果顯示,其20dB光譜范圍為1593.1nm-1925.9nm,峰值波長為1729.6nm。當泵浦源的重復頻率從170MHz到2GHz時,對應雙脈沖的脈寬在60ps到180ps之間。此外,還分析了不同重復頻率下產(chǎn)生信號的噪聲特性。所得的連續(xù)激光器作為中紅外波段激光的泵浦源能夠有效降低量子虧損;所得的皮秒脈沖激光器作為光學層析成像的光源可以提高成像的深度。以上研究內(nèi)容對1.7μm波段光纖激光器的研究與應用具有重要意義。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN248
【圖文】：

光纖激光器技術受到了人們的重點關注。近幾年，關于1.7μm波段光源的報道日益增多。因為1.7μm波段處于近紅外波段的特殊位置，所以具有特殊的光譜特性。如圖1.1所示，該波段位于兩個水分子吸收峰之間的波谷，因此在生物組織中具有低瑞利散射特性，從而能夠增強生物成像中的成像對比度。同時，對脂肪和膠原有較強的吸收作用。所以，被廣泛應用于光聲成像、光學相干層析成像(OCT)、激光探測等領域[1-6]。特殊的是1.7μm波段光源能夠有效提升OCT的動態(tài)范圍，以及減緩探測靈敏度隨成像深度增加而呈現(xiàn)出的下降趨勢。此外，該波段還涵蓋了C-H 共價鍵的吸收峰，所以1.7μm波段光源在工業(yè)加工、有機物檢測等領域[7-10]也得到了廣泛應用。對于輸出功率較大的1.7μm波段激光器可作用實現(xiàn)3-5μm波段等中紅外激光器的泵浦源[11-12]。與其它泵浦波長(808nm，1.3μm)相比，1.7μm波段的泵浦能更容易產(chǎn)生4μm波段的激光并能降低量子虧損[13]。伴隨著近些年通信領域的不斷拓寬和發(fā)展

研究 1.7μm 波段的光纖激光器首先要研究其相應的增益譜。2006 年，D.Y. Sh人第一次測得 1.7μm 波段的增益光譜，從此 1.7μm 波段逐漸走入人們的視野，來越多的關注。剛開始大多實驗組考慮利用泵浦摻雜光纖的方法來實現(xiàn)增益譜多是應用泵浦摻銩光纖或銩鈥共摻光纖等，得到增益譜后再經(jīng)過濾波來實現(xiàn) 1.段的增益光譜。但考慮到 1.7 μm 波段處于泵浦摻銩光纖產(chǎn)生增益譜的相對邊緣經(jīng)濾波后得到的增益譜不會具有很高的輸出功率，而摻鉍光纖是一種近幾年才適用于 1.7μm 波段的摻雜光纖，不過摻鉍光纖制備困難，造價昂貴。因此考慮產(chǎn)生 1.7μm 波段增益譜的方法 基于非線性效應。通過 1550nm 光源泵浦非纖來實現(xiàn)，但由于轉換效率低等原因，實現(xiàn)波長大于 1750nm 的激光輸出較為困體增益譜的研究如下：2011 年，日本大阪大學 Takefumi Ohta 等人以中心波長 1560nm 的被動鎖模纖激光器作為種子源，正色散高非線性光纖(ND-HNLF)作為增益介質，并添加纖（PMF）用以整形優(yōu)化脈沖質量后，得到了譜寬為 358nm、輸出光功率為 30 1.7μm 波段寬帶光源[26]。其結構和輸出光譜如圖 1.2 所示。此外，該課題組依寬帶光源進行了相關生物成像實驗[26-28]。

第 1 章 緒論2012 年，韓國光子技術研究所 Byung Sup Rho 等人采用基于非線性效應的方法，通過 1550nm 波段大功率放大自發(fā)輻射(ASE)光源抽運非線性增益介質后獲得輸出功率為 500mW，譜寬為 210nm 的 1.7μm 波段寬帶光源[29]。其結構和輸出光譜如圖 1.所示。

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

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4 徐慧文;楊華;文雙春;雷大軍;陳勇;張景貴;;基于非線性偏振旋轉的可調諧多波長摻鉺光纖激光器[J];中國激光;2009年09期

相關博士學位論文 前1條

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相關碩士學位論文 前3條

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本文編號：2750122