跳模會導(dǎo)致單波長光纖環(huán)形激光器相干性有不同程度的退化,嚴重影響光學(xué)系統(tǒng)的性能。設(shè)計一種基于匹配干涉儀的相干坍塌抑制方案,分析抑制機理。并分別搭建臂差可調(diào)的空間光匹配干涉儀(SLMI)和全光纖結(jié)構(gòu)匹配干涉儀(AFMI),通過實驗對抑制效果進行方案驗證。結(jié)果表明:當(dāng)SLMI的等效臂差不斷逼近理論值時,可監(jiān)測到多模匹配干涉現(xiàn)象,該現(xiàn)象等效于單縱模激光干涉,從而實現(xiàn)相干坍塌抑制;AFMI結(jié)構(gòu)緊湊,便于嵌入光纖相干探測系統(tǒng)中,能有效抑制隨機跳模引入的相干坍塌和相位噪聲譜級的大幅上升,降低系統(tǒng)虛警概率。作為一種被動手段,匹配干涉儀對抑制或規(guī)避模式失穩(wěn)引起的相干坍塌具有指導(dǎo)意義。 

【文章來源】：光學(xué)學(xué)報. 2020年03期 第87-93頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

實驗裝置。

為準(zhǔn)確測算匹配臂差l0,需測量EDFRL的縱模間隔Δν0。實驗中提升泵浦強度至一定水平,驅(qū)使EDFRL的輸出處于多模振蕩頻發(fā)狀態(tài),通過測量分析多縱模間的拍頻信號來測得Δν0。圖2為EDFRL在非穩(wěn)定多模振蕩條件下測得的拍頻信號功率譜(平均模式),圖中梳狀譜線對應(yīng)的頻點均為Δν0的倍頻量,測得Δν0=18.780 MHz。該匹配干涉儀所用光纖在1550 nm附近的折射率為n=1.4680。構(gòu)建匹配干涉儀時,令(5)式中k0值為1,計算得到EDFRL對應(yīng)的匹配臂差l0=543.71 cm。理論上,l0是指全光纖結(jié)構(gòu)匹配干涉儀的臂差,對于空間光匹配干涉儀,將兩臂的總光程差除以2n折算為l0。Δν0與n的測量誤差分別為1 kHz、10-4,則根據(jù)(5)式可推算出l0的測算誤差δl0=0.66 mm。另外,干涉儀短臂光纖(包括準(zhǔn)直器)量取100.00 cm,長臂光纖量取643.70 cm,量取誤差均為1 mm,再加上測算誤差δl0、光纖端面切割測量誤差與熔接損耗,實驗條件下l0的綜合誤差控制在3 mm以內(nèi),如圖1所示,通過微調(diào)兩臂之間的空間光程差進行誤差補償,以實現(xiàn)匹配干涉實驗的驗證與特性分析。

實驗時提升泵浦強度至一定水平,EDFRL進入陣發(fā)多模區(qū),工作在多模振蕩頻發(fā)的狀態(tài),當(dāng)輸出模式結(jié)構(gòu)處于復(fù)雜的多模競爭時,光源往往出現(xiàn)相干坍塌現(xiàn)象[17]。理論上,當(dāng)Michelson干涉儀兩臂光程差對應(yīng)的時延滿足(4)式時,可實現(xiàn)多模匹配干涉。為驗證多模匹配干涉,如圖1(c)所示,分別利用基座和光纖調(diào)整架的步進旋鈕對長臂上的準(zhǔn)直器與平面鏡的距離進行先粗調(diào)再微調(diào),從而精細聯(lián)調(diào)兩臂的等效臂差。同時監(jiān)測EDFRL輸出的模式結(jié)構(gòu)與兩干涉儀的干涉條紋信號,當(dāng)?shù)刃П鄄顚嶋H值不斷逼近理論值l0時,即可監(jiān)測到匹配干涉現(xiàn)象,如圖3所示。圖3表示數(shù)字示波器輸出的四通道信號,圖中從上至下依次為縱模結(jié)構(gòu)、空間光匹配干涉儀和常規(guī)光纖干涉儀輸出的干涉條紋。高泵浦條件下,EDFRL常處于非穩(wěn)態(tài)多縱模振蕩,如圖3(a)～(c)所示,瞬態(tài)縱模結(jié)構(gòu)演化方式復(fù)雜多變,多模競爭劇烈,并對光源相干性與綜合性能產(chǎn)生嚴重影響。圖3(a)顯示當(dāng)前縱模結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,同時常規(guī)干涉儀輸出相對穩(wěn)定的干涉條紋,如圖3(g)所示,但該狀態(tài)難以長時保持,表明EDFRL處于準(zhǔn)靜態(tài)多模振蕩。圖3(b)、(c)則顯示當(dāng)前縱模結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)動態(tài)非穩(wěn)定,結(jié)合圖3(h)、(i)可知,EDFRL處于動態(tài)多模振蕩,模式競爭激烈。


本文編號：2906065