【摘要】：本論文針對具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器,主要包括環(huán)形濾波鏡結(jié)構(gòu)與環(huán)形腔結(jié)構(gòu),進行了理論和實驗研究。具體研究內(nèi)容如下:首先根據(jù)摻鐿光纖的能級躍遷結(jié)構(gòu)和速率方程,對摻鐿光纖進行了數(shù)值計算仿真。在單頻光纖激光器理論研究的基礎(chǔ)上,計算了動態(tài)光柵的半高寬,提出采用環(huán)形濾波鏡實現(xiàn)單頻光纖激光器的技術(shù)方案,并對1064nm單頻光纖激光器進行實驗研究。本激光器實現(xiàn)的單頻信號光波長為1063.9nm,飽和吸收光纖的最佳長度為8m,多縱模和單縱模振蕩的斜率效率分別為7.7%和5.1%。泵浦功率為500mW時,單頻最大輸出功率為21.5mW,3h內(nèi)信噪比波動性小于0.5dB。其次從光纖光柵(FBG)耦合波理論出發(fā),建立了 FBG溫度響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在實驗上通過改變FBG的溫度,調(diào)諧單頻光纖激光器的出射波長:在30℃到200℃的范圍內(nèi),出射中心波長漂移了 1.3nm,漂移系數(shù)為0.077nm/10℃。進而將環(huán)形濾波鏡(LMF)放入-10℃到170℃的環(huán)境中,實驗驗證了激光波長不會隨溫度的改變而改變,穩(wěn)定在1064.18nm。針對測量信號光的線寬,對延遲自外差法進行了理論推導(dǎo),仿真了不同延遲時間下的功率譜密度函數(shù);然后利用25km延遲光纖和100MHz聲光移頻器組成延遲自外差系統(tǒng),測量了信號光的線寬,得到的信號線寬低于測試系統(tǒng)的分辨率。然后針對環(huán)形復(fù)合腔方案的單頻光纖激光器,構(gòu)建并測試了中心波長為1064.48nm,斜率效率為6.2%,最大輸出功率為26.7mW的單頻光纖激光器。通過對比實驗證實了環(huán)形復(fù)合腔的優(yōu)異選模能力,測得的信號光線寬小于10kHz。最后,針對馬赫-澤德(M-Z)干涉腔結(jié)構(gòu),首先實驗證實了 MZI的梳狀響應(yīng)光譜;然后將其應(yīng)用于光纖激光器中,得到中心波長1064.32nm,斜率效率7.5%,最大輸出功率為32.6mW的單頻光纖激光器。通過頻譜分析驗證了 M-Z干涉腔的選模作用,測得信號光線寬小于10kHz,其功率穩(wěn)定性測試波動小于0.2mW。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248
【圖文】：

的線寬輸出，ｌｎｍ的帶通濾波器用于實現(xiàn)波長可調(diào)諧，并且首次使用分辨率為１．４ｋＨｚ逡逑的延遲自外差干涉儀測量線寬，由于７２ｋｍ延遲光纖的限制，最終測得的線寬就是干逡逑涉儀的分辨率極限。激光器結(jié)構(gòu)如圖１．３所示。逡逑７２邋ｋｍ邋ｄｅｌａｙ邋ｆｉｂｒｅ逡逑屋＾■邐司逡逑，＼邐ｆｓｐｅｃｔｒａｍ逡逑：ｒ邋ｄｏｐｅｃｌ邋ｅ「邐Ｉ邐ｌｏｎａｌｙｓｅｒｊ逡逑ｐａｎｄａ邋Ｖ邋ｒｊｎ邐邐逡逑ｆｉｂｒｅ邐ｌｉＪＪ邐ｉｓｏｉａｔｏｆ邋Ｖ邐ｏｐｔ＾ｃａｔ逡逑丁邐、邐ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑ｐａｎｄａ邐Ｌｓ＾ｆｄ逡逑ｄｉｃｈｒｏｉｃ邐ｆｉｂｒｅ逡逑ｍ＜邋ｒｒｃｒ逡逑＾邋Ｆｒ－ｒｔ0ｐｅｄ邋ｌｉｂｒｅ邋ｒ邋ｉｎｇ邋－邋ｌａｓｅｒ邋＾邋＾邋ｍｅａｓｕｒｅｎｒｉｅｎｔ邋ｓ＾ｔｕｐ邋ｔｏｒ邋ｌａ＾ｉｒ．ｇ邋．逡逑ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑圖１．３環(huán)形腔單頻光纖激光器逡逑１９９１年，Ｂａｌｌ等［１Ｇ］應(yīng)用光纖光柵技術(shù)制成了窄線寬，高效率，低閾值的摻鉺光纖逡逑激光器，實現(xiàn)了邋１５４８ｎｍ，線寬４７ｋＨｚ的單頻輸出。同年，Ｐａｒｋ等［１１］制成了調(diào)諧范圍是逡逑１５３０－１５６０ｎｍ的全光纖單頻光纖激光器，結(jié)構(gòu)如下圖１．４所示。他們研宄小組使用了一逡逑個０．１９６ｎｍ的寬帶Ｆ－Ｐ濾波器和一個Ｏ．Ｏｌｎｍ的窄帶Ｆ－Ｐ濾波器，波長調(diào)諧通過寬帶Ｆ－Ｐ濾逡逑３逡逑

［１５］首次將未泵浦的摻鉺光纖插入諧振腔，作為可飽和吸收體，用于放大的增益光纖和逡逑可飽和吸收光纖分別為５０ｃｍ和３２ｃｍ，總腔長為１０．４ｍ，使用偏振控制器消除混波，減逡逑弱增寬效應(yīng)，實現(xiàn)了５ｋＨｚ線寬的１５３２ｎｍ的輸出。具體激光器結(jié)構(gòu)如圖１．５所示。之后逡逑將未栗浦的摻鐿、摻鉺和摻銩光纖作為可飽和吸收體的不同結(jié)構(gòu)也相繼被報道［１６，１７］。逡逑ＥＤＦ１邐ＥＤＦ２邐９８０ｎｍ逡逑ａ邋ＣＯ邋ｎｎｎ邋ＷＤＭ邋ＣＯ邋ＷＤＭ」ｎｍ邋＞ｓ逡逑Ｉ￣￣邐ｐｃ邋￣￣￣邋ｐｃ邋＿逡逑圖１．５基于可飽和吸收體的單頻光纖激光器逡逑同年，Ｇｕｙ等［１８］首次在環(huán)形腔中用相移ＤＦＢ型ＦＢＧ作為窄帶濾波器，這種相移光逡逑柵通過掃描鏡技術(shù)制作，帶寬只有0．0７５ｎｍ，最終得到的線寬只有２ｋＨｚ，而且移除相逡逑移光柵會出現(xiàn)跳�，F(xiàn)象，并且輸出不穩(wěn)定。１９９６年，Ｃｈａｎｇ等人［１９］在其實驗裝置中首逡逑次采用扭模技術(shù)，即使用三個偏振控制器改變諧振腔中光束的偏振態(tài)，實現(xiàn)了波長逡逑１５３４ｎｍ，線寬小于１０ｋＨｚ的輸出。１９９８年，Ｔａｋｕｓｈｉｍａ等人［２ＧＨ寸論了法拉第旋轉(zhuǎn)鏡和逡逑非保偏光纖對偏振特性和單縱模穩(wěn)定性的影響，證明了偏振模穩(wěn)定性在法拉第旋轉(zhuǎn)鏡逡逑組成的法布里派羅腔中和在保偏光纖組成的環(huán)形腔中相似。１９９９年

ｐｌｅｘｅｒ，邋ＮＢ：邋ｎａｒｒｏｗ邋ｂａｎｄ，邋ＢＢ：邋ｂｒｏａｄｂａｎｄ，邋ＦＦＰ：邋ｆｉｂｅｒ邋Ｆａｂｒｙ－Ｐｃｒｏｔ邋ｆｉｌｔｅｒ，逡逑ＰＣ：邋ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）．逡逑圖１．４基于寬帶與窄帶Ｆ－Ｐ濾波器的全光纖單頻激光器逡逑由于鉺離子在二氧化硅中的濃度稍高會發(fā)生濃度淬滅現(xiàn)象，無法承受高功率運行，逡逑于是出現(xiàn)了鉺鐿共摻雙包層光纖作為增益光纖的研究。如１９９２年，Ｌａｐｏｒｔａ研究小組報逡逑道了用鉺鐿共摻光纖制成的光纖激光器，中心波長為１５３２．２ｎｍ，輸出功率大于１５ｍＷ，逡逑輸出線寬小于１０ｋＨｚ［１２］。１９９３年，英國南安普頓大學(xué)的Ｋｒｉｎｇｌｅｂｏｔｎ研究小組也采用超逡逑短腔技術(shù)，使用ｌ0ｃｍ的鉺鐿共摻光纖，兩頭熔接ＦＢＧ，實現(xiàn)了邋１５４５ｎｍ，斜率效率１０％逡逑的單頻７．６ｍＷ輸出［１３］。但是他們使用的磷酸鋁鉺鐿共摻光纖無光敏性，只能將光纖光逡逑柵和增益光纖進行熔接，且增益光纖長度較短使吸收效率降低，所以斜率效率相對來逡逑說比較低。但是在三年后

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