窄線寬激光由于具有高光學相干性的特點,在激光雷達、光纖傳感、氣體探測及非線性頻率轉換等領域有著重要的應用價值。本論文以產生窄線寬、高功率、波長可調諧的近紅外激光為目的,并以給近紅外波段的氣體探測提供可用的激光源為切入點展開,相繼研究了基于稀土摻雜光纖和基于非線性原理的窄線寬光纖激光器,得到了一系列2 μm窄線寬光纖激光器和1.65μm窄線寬光纖激光器,彌補了這兩個波段激光器現(xiàn)有的不足和空白。本論文首先闡述了2μm及1.65μm窄線寬激光在氣體傳感中的應用價值,并指出了現(xiàn)有相應激光器的不足之處,突出了在這兩個波段開發(fā)新型窄線寬光纖激光器的必要性。隨后簡單介紹了激光的由來、光纖激光器的基本知識、包層泵浦和不同泵浦結構。接著,我們提出了基于光纖布拉格光柵和未泵浦摻銩光纖作飽和吸收體的高功率定波長單縱模摻銩光纖激光器,得到了功率大于400mW,線寬約為20kHz的1957nm單縱模激光輸出。為增加激光器的波長調諧性,我們緊接著提出了基于法布里-珀羅腔原理可調諧濾波器的寬帶可調諧單縱模摻銩光纖激光器,得到了波長可從1920nm調諧至2020 nm的單縱模激光輸出,其線寬小于10 kHz。進一步,... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?２?ｐｍ波段各種氣體分子吸收譜線［１°］

人??［２３］雖然開發(fā)了寬帶可調諧的２?ｐｍ光纖激光器，但他們的激光器中沒有特定的選模機制，??輸出的激光運轉在多縱模狀態(tài)，不屬于窄線寬激光。由此可見，能同時輸出窄線寬激光且??波長大范圍可調諧的２?ｐｍ光纖激光器仍處于未開發(fā)狀態(tài)，這也是本論文要填補的空白。??雖然寬帶可調諧的２?ｐｍ窄線寬光纖激光器可以滿足多種氣體分子的探測，但曱烷分??子在２?｜ａｍ波段的吸收系數(shù)較低，不易探測。甲烷是一種易燃易爆物質，又是加劇地球溫??室效應的元兇之一，在某些場合非常有必要對其進行有效的探測。如圖１．２所示［１Ｇ］，甲烷??分子在１．６５?ｐｍ波段的吸收系數(shù)比在２ｐｍ波段的更大，因此可用１．６５激光源探測。由??于１．６５?ｐｍ不在摻鉺或摻銩石英光纖的熒光發(fā)射譜內，人們通常用半導體激光器來產生這??個波段的激光［２４＿２６］。但受限于制備工藝和技術等方面，目前商用的１．６５ｐｍ窄線寬半導體??激光器的輸出功率最高不超過２０ｍＷ，這極大地限制了甲烷氣體探測的距離和信噪比。另??外，Ｙ．Ｃｕｉ等人在充滿氘氣體的空芯光子晶體光纖中利用旋轉受激拉曼散射效應實現(xiàn)了??從１．５?ｐｍ波段到１．７?ｐｍ波段的激光波長轉換。雖然這種方法能產生１．６５?ｌａｍ波段的激光，??但其輸出光斑質量較差，且要對氘氣體做好專門的封閉處理，增加了系統(tǒng)的復雜性。因此，??針對甲烷氣體的探測，使用方便的１．６５，ｕｍ高功率窄線寬激光源亟需開犮。??－２０?５３１６４?ｌｉｎｅＳ?ｉｃｈ，??１．５?１．６?１．７?１．８?１．９?２??ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｙｍ）??圖１．２甲烷（ＣＨ４）分子在１．５－２叩１波段的吸收譜線［１Ｄ］。??綜上所述，

?浙江大學博士學位論文???｜?Ｉ?Ｐｕｍｐ?⑷?｜??ｊ?Ｖ?ｒ－＇ＢＧ?廣ｍ?ＰＢＧ??ＷＤＭ?卜?ｍｉｌｌ?ｍｉｎ?－？?Ｏｕｔｐｕｔ?｜??Ｇａｉｎ?ｍｅｄｉｕｍ??ｉｓｏ?Ｋ?（ｂ）?！??ｉ?／｛?ｊ?Ｇａｉｎ?ｍｅｄｉｕｍ?＼??！?［ｉｌ?、Ｐｉ?Ｉ??：?ｐｊ?ｙ?Ｐｊ?；??Ｐｕｍｐ?Ｊ?＼，?ｙ＼．??圖１．３光纖激光器腔型：（ａ）線性諧振腔；（ｂ）環(huán)形諧振腔。??在光纖激光器中，常見的諧振腔有兩種基本腔型，即線性諧振腔和環(huán)形諧振腔，如圖??１．３?所示。這里?Ｐｕｍｐ、ＷＤＭ、ＦＢＧ、ＩＳＯ、Ｆｉｌｔｅｒ、０Ｃ?和?Ｇａｉｎｍｅｄｉｕｍ?分別表示泵浦、波??分復用器、光纖布拉格光柵、光隔離器、濾波器、光耦合器和增益介質。可以看到，與線??性諧振腔比，環(huán)形諧振腔的結構比較復雜，腔內的光學器件數(shù)目也比較多，這會引入更多??的光學損耗，使環(huán)形諧振腔的出光斜率效率相對較低。激光在這兩種諧振腔中的運轉模式??也是不同的：在線性諧振腔中，激光以駐波的形式振蕩，而駐波會產生縱向的空間燒孔效??應，容易引起多縱模振蕩或模式競爭，這時如果沒有特定的選模措施，輸出激光會變得不??穩(wěn)定；但在環(huán)形諧振腔中，激光以行波的形式振蕩，這樣就避免了空間燒孔效應引起的激??光不穩(wěn)定振蕩問題。因此，這兩種諧振腔都有各自的優(yōu)缺點，只要利用好它們的優(yōu)點，并??采用一些措施降低缺點帶來的影響，它們都是有用武之地的。??在具備激光器三要素后，光波還要滿足相位條件的和閾值條件，才能在諧振腔中振蕩??并作為激光輸出。所謂的相位條件指的是光波在腔內走一圈的總相移〇等于２；ｔ的整數(shù)倍，??設腔長為Ｉ，腔內有效折射率

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]光纖光柵傳感與光纖光柵激光器的應用研究[D]. 劉偉升.浙江大學 2011

碩士論文
[1]環(huán)形腔摻鉺光纖激光器的研究和實現(xiàn)[D]. 楊柳.山東大學 2008



本文編號：3529053