本文關(guān)鍵詞：基于零差相干光通信的激光噪聲抑制技術(shù)研究　出處：《電子科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 非平面環(huán)形腔激光器 強度噪聲抑制 光電負反饋 高階相位超前

【摘要】：零差相干光通信技術(shù)是解決未來星地通信帶寬瓶頸的重要途徑,該體制對光源的強度噪聲、線寬和功率均提出很高的要求。固體激光器具有易獲得窄線寬、高功率輸出的優(yōu)點,使其成為零差相干光通信的一種優(yōu)質(zhì)備選光源。現(xiàn)在零差相干光通信中較普遍采用1.06μm的Nd:YAG NPRO(非平面環(huán)形腔)激光器的光源方案,其在噪聲、線寬和功率方面的性能日臻完善。與1.06μm波長相比,1.55μm處于第三通信窗口,能與現(xiàn)有光通信器件和設(shè)備更好的兼容,因而在激光測距、光通訊等領(lǐng)域都有著很廣泛的應(yīng)用與發(fā)展空間,迫切需要開展1.55μm激光光源的噪聲抑制技術(shù)研究。本文用光電負反饋方法,對Nd:YAG NPRO激光器和Er:Glass單頻激光器進行噪聲抑制研究。主要研究內(nèi)容包括四個方面:(1)基于低折射率介質(zhì)Er:Glass設(shè)計了NPRO,獲得足夠大的本征偏振態(tài)損耗差,可實現(xiàn)穩(wěn)定的單頻行波振蕩。對輸出噪聲譜進行仿真計算,優(yōu)化諧振腔的增益和損耗等參數(shù),降低自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的輸出強度噪聲。(2)采用三能級系統(tǒng)的噪聲的全量子理論分析模型,分析三能級固體激光噪聲的理論特性,克服傳統(tǒng)速率方程理論定量分析不準確的缺陷。求解自由運轉(zhuǎn)下和負反饋下的噪聲傳遞函數(shù)和輸出噪聲譜。(3)為了更好地補償高頻相位延遲,對比分析了不同階次反饋控制環(huán)路對噪聲抑制效果。采用高階相位超前電路設(shè)計了反饋控制環(huán)路,以改善噪聲抑制效果,完成了反饋控制電路的研制。(4)在實驗方面,搭建了Nd:YAG NPRO激光器,實現(xiàn)了單頻激光運轉(zhuǎn),完成了對輸出光束的準直、偏振控制和光纖耦合。對Nd:YAG NPRO激光器進行噪聲抑制實驗,采用一階相位超前電路進行反饋控制后,相對強度噪聲(RIN)峰值抑制了約24dB,但峰值會向高頻方向移動;采用二階相位超前電路進行反饋控制后,RIN整體抑制了約32dB;采用三階相位超前電路進行反饋控制后,整體抑制了約42dB,整體RIN水平低于-145dB/Hz,驗證了高階相位超前電路可改善對四能級激光器的噪聲抑制效果。還搭建了平凹腔Er:Glass單頻激光器,通過腔內(nèi)的標準具選模實現(xiàn)了單縱模運轉(zhuǎn)。然后對此激光器進行了噪聲抑制實驗,采用一階相位超前電路沒有明顯噪聲抑制效果,而三階相位超前電路在RIN峰值處噪聲被抑制了12.2dB,證明高階相位超前電路也可改善三能級激光器的降噪效果。
[Abstract]:Homodyne coherent optical communication technology is an important way to solve future satellite communication bandwidth bottleneck, the light source intensity noise on the system, line width and power are high demands. To obtain solid laser with narrow linewidth, has the advantages of high power output, the homodyne coherent optical communication is an excellent alternative source now homodyne coherent optical communication is widely used in 1.06 m Nd:YAG NPRO (non planar ring cavity laser light source), the noise performance of the power line width and improving. With 1.06 m wavelength, 1.55 m in the third communication window, can be compatible with existing optical communication devices with better equipment, thus in laser ranging, optical communication and other fields have a wide range of application and development, it is urgent to carry out the research of noise suppression of 1.55 m laser source. The optoelectronic negative feedback method for Nd:YAG NPRO Er:Glass laser and single frequency laser on noise suppression. The main research contents include four aspects: (1) the design of NPRO Er:Glass based on low refractive index, enough polarization eigenstate loss difference, single frequency traveling wave oscillation can realize stable. The output noise spectrum of the simulation, optimization of gain and loss the resonant cavity parameters, reduce the output intensity of noise free running state. (2) by means of the quantum theory of three level system noise analysis model, theoretical analysis of the properties of the three level solid state laser noise analysis, overcome the defects of the inaccurate rate equation theory. The traditional quantitative calculation of free running noise and negative feedback condition the transfer function and the output noise spectrum. (3) in order to compensate the high frequency phase delay, comparative analysis of different order feedback control loop suppression effect on noise. Using the high order phase advance circuit design The feedback control loop to improve the noise suppression effect, and complete the development of the feedback control circuit (4). In the experiment, Nd:YAG NPRO laser was built up, to achieve a single frequency laser, the collimation of the output beam, polarization control and fiber coupling. Noise suppression experiment of Nd:YAG NPRO laser, the first order phase advance circuit feedback control, the relative intensity noise (RIN) peak suppression by about 24dB, but the peak moves to the high frequency direction; the two order phase advance circuit feedback control, the overall RIN inhibited about 32dB; using the three order phase advance circuit feedback control, the overall suppression of about 42dB overall, RIN level is lower than the -145dB/Hz, verify the high order phase lead circuit can improve the noise suppression effect of four level laser. Also build a flat concave cavity single frequency Er:Glass laser by intracavity etalon The mode selection of single longitudinal mode operation. Then the laser noise suppression experiment, using the first-order phase advance circuit has no obvious effect on noise suppression, and the three order phase lead circuit in RIN peak noise is suppressed by 12.2dB, prove the high order phase advance circuit can also improve the noise reduction effect of three level laser.

【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1

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