本文關(guān)鍵詞：MOPA光纖激光系統(tǒng)放大級增益光纖特性與高質(zhì)量種子源關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：相比于普通的雙包層線形腔高功率光纖激光器,主振蕩光功率放大(MOPA)光纖激光系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、效率高、體積小、重量輕、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。隨著光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,如：超高精度傳感、臨床治療、工業(yè)加工、自由空間光通信、激光武器等領(lǐng)域,對于高功率和高光束質(zhì)量的要求變得愈來愈高。未來MOPA光纖激光系統(tǒng)的發(fā)展趨勢將是兼具高功率和高光束質(zhì)量的全光纖系統(tǒng),研究方向?qū)⒅饕性趦蓚�方面：放大級增益光纖的選型、設(shè)計和特性研究以及高質(zhì)量種子源光纖激光器及其關(guān)鍵技術(shù)研究。鑒于此,本論文的主要工作是放大級增益光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性及高質(zhì)量種子源光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)研究,取得的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)利用先進(jìn)的三維殘余應(yīng)力和折射率聯(lián)合表征技術(shù),首次對大模場單模摻鉺光纖(LMA-SM-EDF)內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性進(jìn)行了聯(lián)合表征,分別就光纖制作、光纖切割和電弧熔接等操作對LMA-SM-EDF內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性造成的影響和擾動進(jìn)行了深入細(xì)致和定量的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析。研究結(jié)果對于未來大模場面積增益光纖的設(shè)計、制作和應(yīng)用以及高功率全光纖激光器和放大器的制作和優(yōu)化都具有重要的指導(dǎo)意義。 (2)首次對大模場單模摻鐿光纖(LMA-SM-YDF)的電弧熔接特性進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)通常被忽略的熔接操作引起的殘余應(yīng)力和折射率擾動對于光纖接續(xù)和模式傳輸特性的影響非常嚴(yán)重,并通過仿真模擬對造成的影響進(jìn)行了定量的研究,結(jié)果證明熔接操作引起LMA-SM-YDF模場直徑變化率可達(dá)到39.6%,殘余應(yīng)力和凍結(jié)粘彈性釋放以及高濃度鐿離子的擴(kuò)散共同引起的纖芯／包層折射率差變化率可達(dá)到75.8%。 (3)在對光纖Bragg光柵和光纖F-P濾波器進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出一種基于F-P濾波器的單頻單偏振摻鉺光纖激光器。通過對光纖Bragg光柵進(jìn)行簡單的拉伸調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了4個單頻激光波長之間的可切換運(yùn)行。經(jīng)過5h測量,激光器的輸出波長波動小于0.01nm、功率波動小于0.04dB、偏振度(DOP)接近于100%、光信噪比高于60dB。如使用具有更寬反射譜特性的啁啾莫爾(Chirped Moire)光纖Bragg光柵F-P濾波器,本激光器的性能將會有進(jìn)一步的提升。 (4)在對復(fù)合腔結(jié)構(gòu)選模特性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上,分別提出基于級聯(lián)非對稱復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)、并聯(lián)非對稱復(fù)合四腔結(jié)構(gòu)和混合型復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量單波長單頻摻鉺光纖激光器。級聯(lián)非對稱復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)和并聯(lián)非對稱復(fù)合四腔結(jié)構(gòu)提供了兩種簡單、低成本的單頻光纖激光器實(shí)現(xiàn)方法,激光輸出質(zhì)量優(yōu)秀、穩(wěn)定性高�；旌闲蛷�(fù)合腔結(jié)構(gòu)由一個長有源線形主腔和一個短無源環(huán)形于腔構(gòu)成,配合使用未泵浦摻鉺光纖可飽和吸收體,激光器實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定的單頻輸出,在1h觀測時間內(nèi)的波長和功率波動分別為小于0.7pm和0.07dB；輸出線寬為650Hz、光信噪比為67dB、偏振度接近100%、偏振消光比為30.57dB；通過使用特殊的光柵重涂覆技術(shù),實(shí)現(xiàn)了約8.1nm的波長寬調(diào)諧范圍：激光器的大部分輸出指標(biāo)參數(shù)均已高于已報道同類激光器。 (5)提出一種基于混合型復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)的可切換以及波長間隔可調(diào)諧雙波長光纖激光器。在雙波長工作模式下,激光器的波長間隔可以從0.430nnm調(diào)諧到4.487nm,而且兩個波長激光輸出具有相同的偏振方向,可以用于制作可調(diào)諧微波信號發(fā)生器。在單波長工作模式下,激光器既可工作于固定波長1544.108nm(λ1)處,也可作為可調(diào)諧激光器工作,調(diào)諧范圍為1544.538nm～1548.595nm(λ2),而且兩個波長的線寬分別達(dá)到了760Hz和810Hz。無論工作在何種模式下,激光輸出偏振消光比都達(dá)到了30dB以上,可以用于對單偏振要求較高的場合。此外,激光器具有高波長和功率穩(wěn)定性以及高輸出光信噪比。 (6)提出一種基于新型環(huán)形復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的可切換以及波長間隔可調(diào)諧雙波長光纖激光器。使用的復(fù)合腔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的選模能力,激光器具有高輸出穩(wěn)定性和光信噪比。在雙波長工作模式下,激光器的波長間隔可以從0nm調(diào)諧到4.83nm,可以用于制作可調(diào)諧微波信號發(fā)生器,調(diào)諧范圍可達(dá)0～606GHz。在單波長工作模式下,激光器既可工作于固定波長1543.65nm(λ1)處,也可作為可調(diào)諧激光器使用,調(diào)諧范圍為1543.65nm～1548.48nm(λ2),兩個波長的線寬分別達(dá)到了550Hz和600Hz,而且在每個波長處,激光輸出偏振消光比都達(dá)到了21dB以上。
【關(guān)鍵詞】：光纖激光器 放大級 殘余應(yīng)力和折射率 種子源 單波長 雙波長 窄線寬 可調(diào)諧
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 1 緒論14-42
• 1.1 引言14-16
• 1.2 MOPA光纖激光技術(shù)16-20
• 1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀16-19
• 1.2.2 全光纖MOPA激光系統(tǒng)的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢19-20
• 1.3 論文的選題背景和研究目標(biāo)20-22
• 1.3.1 放大級增益光纖特性研究20-21
• 1.3.2 高質(zhì)量種子源光纖激光器研究21-22
• 1.4 光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率分布特性表征技術(shù)22-26
• 1.4.1 殘余應(yīng)力分布特性表征技術(shù)22-24
• 1.4.2 折射率分布特性表征技術(shù)24-26
• 1.5 高質(zhì)量種子源光纖激光器技術(shù)發(fā)展與研究現(xiàn)狀26-31
• 1.5.1 單頻窄線寬光纖激光器研究與發(fā)展27-29
• 1.5.2 單頻窄線寬光纖激光器實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案29-31
• 1.6 本論文的結(jié)構(gòu)安排31-33
• 參考文獻(xiàn)33-42
• 2 光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性聯(lián)合表征技術(shù)理論及實(shí)驗(yàn)方法42-64
• 2.1 引言42-43
• 2.2 三維殘余應(yīng)力和折射率聯(lián)合表征方法43-55
• 2.2.1 三維殘余應(yīng)力表征方法43-49
• 2.2.2 三維折射率表征方法49-55
• 2.2.3 測量過程中的背景誤差移除和噪聲平均55
• 2.2.4 聯(lián)合表征55
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器及控制系統(tǒng)55-59
• 2.4 本章小結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 3 大模場增益光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性聯(lián)合表征64-92
• 3.1 引言64-65
• 3.2 高濃度LMA-SM-EDF內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性表征65-79
• 3.2.1 無擾動LMA-SM-EDF特性表征65-71
• 3.2.2 切斷面附近LMA-SM-EDF特性表征71-73
• 3.2.3 LMA-SM-EDF 電弧熔接特性表征73-79
• 3.3 高濃度LMA-SM-YDF電弧熔接特性研究79-87
• 3.3.1 殘余應(yīng)力特性研究82-84
• 3.3.2 折射率特性研究84-87
• 3.4 基于光纖特性表征優(yōu)化放大級增益光纖制作工藝87-88
• 3.5 本章小結(jié)88-89
• 參考文獻(xiàn)89-92
• 4 光纖Bragg光柵理論與實(shí)驗(yàn)制作及非對稱復(fù)合腔結(jié)構(gòu)選模理論分析92-112
• 4.1 引言92-94
• 4.2 光纖Bragg光柵的耦合模理論94-100
• 4.2.1 光纖Bragg光柵的諧振波長94-95
• 4.2.2 光纖Bragg光柵的耦合模理論95-98
• 4.2.3 耦合模方程的數(shù)值解法-傳輸矩陣法98-100
• 4.3 光纖Bragg光柵的實(shí)驗(yàn)制作100-102
• 4.4 基于光纖Bragg光柵的F-P濾波器理論仿真及實(shí)驗(yàn)制作102-104
• 4.5 非對稱復(fù)合多腔結(jié)構(gòu)選模理論分析104-108
• 4.5.1 非對稱線形復(fù)合腔結(jié)構(gòu)選模理論105-107
• 4.5.2 非對稱環(huán)形復(fù)合腔結(jié)構(gòu)選模理論107-108
• 4.6 本章小結(jié)108
• 參考文獻(xiàn)108-112
• 5 高質(zhì)量單波長種子源光纖激光器技術(shù)研究112-142
• 5.1 引言112
• 5.2 基于F-P濾波器的波長可切換單頻單偏振光纖激光器112-119
• 5.3 基于級聯(lián)非對稱復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器119-125
• 5.4 基于并聯(lián)非對稱復(fù)合四腔結(jié)構(gòu)的單頻光纖激光器125-128
• 5.5 基于混合型復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的波長可調(diào)諧單頻單偏振光纖激光器128-135
• 5.6 單頻光纖激光器線寬測試原理及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)135-138
• 5.7 本章小結(jié)138-139
• 參考文獻(xiàn)139-142
• 6 高質(zhì)量雙波長種子源光纖激光器技術(shù)研究142-166
• 6.1 引言142-143
• 6.2 基于混合型復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)的雙波長光纖激光器143-151
• 6.3 基于新型環(huán)形復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的雙波長光纖激光器151-160
• 6.4 波長光纖激光器在微波信號生成上的應(yīng)用160-162
• 6.5 本章小結(jié)162-163
• 參考文獻(xiàn)163-166
• 7 總結(jié)與展望166-170
• 7.1 本論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)166-169
• 7.2 下一步擬進(jìn)行的研究工作展望169-170
• 作者簡歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果170-178
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集178

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：MOPA光纖激光系統(tǒng)放大級增益光纖特性與高質(zhì)量種子源關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：254265