相干激光雷達(dá)在軍事領(lǐng)域、環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域以及無人駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用,使相干激光雷達(dá)成為了科研工作者研究的熱點。由于人眼安全、傳輸損耗低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于運輸?shù)葍?yōu)點,1550 nm窄線寬單頻光纖激光器作為相干激光雷達(dá)的發(fā)射源引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。因此,本文開展了連續(xù)及脈沖運轉(zhuǎn)1550 nm單頻激光的研究工作。首先,以鉺離子的準(zhǔn)三能級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),通過分析鉺離子的能級躍遷機制,建立了鉺離子準(zhǔn)三能級系統(tǒng)的速率方程模型,為摻鉺光纖種子光激光器的實驗提供了理論依據(jù)。對短腔法,飽和吸收體(Saturable Absorber,SA)選模法和多環(huán)形腔法等在光纖激光器中獲得單頻激光的方法進(jìn)行了詳盡的理論介紹,通過對比各個選模方法的優(yōu)劣,選擇了飽和吸收體選模法來獲得單頻激光。利用Optisystem軟件對單縱模摻鉺光纖激光器進(jìn)行仿真。對未加飽和吸收體和加入飽和吸收體兩種諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真研究,討論了增益光纖長度,耦合輸出比以及飽和吸收體長度對激光器功率及斜效率的影響。并通過Matlab對飽和吸收體的選模作用進(jìn)行仿真,得到了飽和吸收體的長度與輸出單縱模之間的關(guān)系。然后,搭建了單縱模摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu),研究分析了激光器的輸出功率,光譜特性,單縱模運轉(zhuǎn)特性以及激光線寬特性,驗證了增益光纖的長度以及耦合輸出比對激光器輸出性能的影響。介紹并對比了三種測量窄線寬激光器中激光線寬的方法,并利用延時的自外差探測法對激光線寬進(jìn)行測量。獲得了輸出功率為9mW,線寬為2.1 kHz,中心波長為1550 nm的穩(wěn)定單頻連續(xù)激光輸出,在一個小時內(nèi)觀察種子光模式穩(wěn)定度,發(fā)現(xiàn)拍頻信號的中心頻率穩(wěn)定無跳�，F(xiàn)象發(fā)生。其次,進(jìn)行了單頻脈沖激光放大的實驗研究。研究分析了預(yù)放大結(jié)構(gòu)的輸出特性,獲得了功率為89 mW,線寬為2.8 kHz的1549.75 nm單縱模激光。在以上研究工作的基礎(chǔ)上,對脈沖放大結(jié)構(gòu)進(jìn)行實驗研究分析,預(yù)放大后的單縱模激光經(jīng)聲光移頻器斬波后,獲得重頻為10 kHz,脈寬為300 ns的脈沖光輸出。經(jīng)過一級摻鉺光纖放大,最終在重頻為10 kHz時,獲得了脈寬為330 ns,峰值功率為1.21W的單頻脈沖激光。最后,對環(huán)形腔鎖頻放大結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實驗研究。研究分析了種子光結(jié)構(gòu)的輸出特性,獲得了功率為495 mW,線寬為3.2 kHz的單縱模1549.76 nm的激光。測量分析了環(huán)形腔放大級的輸出特性,在未注入種子光時,獲得了功率為476 mW,光束質(zhì)量為2.66的1550.25 nm的激光,此時激光器處于多縱模運轉(zhuǎn)狀態(tài)。注入種子光時,獲得了功率為468 mW,線寬為3.5 kHz的單縱模1549.85 nm激光輸出。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

得了中心波長為1550 nm的單頻激光，實驗裝置圖如圖1-4所示，諧振腔由寬帶光柵跟窄帶光柵組成，采用增益為5 dB/cm的高增益鉺鐿共摻磷酸鹽光纖作為增益光纖，輸出激光的最大輸出功率為200 mW，線寬小于2 kHz[15]。

2010年，代志勇等人以自反饋光注入法的方式得到了單頻窄線寬激光，裝置如圖1-5所示，將2×1輸出耦合器的一個輸出端連接到諧振腔輸入耦合器的一個輸入端口，諧振腔內(nèi)的振蕩光與反饋至諧振腔的激光發(fā)生干涉，對增益光纖折射率進(jìn)行調(diào)制，從而進(jìn)行縱模選擇。得到了波長為1549.85 nm，功率為30.6 mW，線寬為4 kHz的單頻激光輸出[19]。圖1-5基于自反饋注入法的實驗裝置[19]

穩(wěn)定單縱模產(chǎn)生裝置實驗圖[23]

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本文編號：2826293