【摘要】：大功率窄線寬單頻光纖激光作為光纖激光領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向,在功率水平和線寬特性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),使其在光纖傳感、激光測(cè)距、高精度光譜學(xué)、非線性頻率轉(zhuǎn)換、相干合束等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用�；诜N子源主振蕩功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu),獲得高性能大功率窄線寬單頻激光輸出,成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。此外,基于準(zhǔn)相位匹配的倍頻技術(shù),是實(shí)現(xiàn)單頻綠光激光輸出的有效途徑。本論文基于自制窄線寬單頻激光種子源,利用MOPA結(jié)構(gòu)進(jìn)行窄線寬單頻激光放大,再結(jié)合外腔二次諧波產(chǎn)生(SHG)倍頻方式,實(shí)現(xiàn)了一系列高性能大功率k Hz線寬單頻激光輸出,具體研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下:(1)設(shè)計(jì)和構(gòu)建了厘米量級(jí)DBR結(jié)構(gòu)磷酸鹽光纖激光諧振腔,進(jìn)行了不同波段k Hz線寬單頻激光種子源實(shí)驗(yàn)研究,通過優(yōu)化磷酸鹽光纖使用長(zhǎng)度和采取ASE抑制措施,直接從諧振腔內(nèi)分別獲得了百毫瓦量級(jí)1.0μm波段和1.5μm波段的線偏振單頻激光輸出,其信噪比大于70 d B、偏振消光比大于30 d B和激光線寬為千赫茲量級(jí),詳細(xì)分析與討論了單頻激光種子源的輸出特性。(2)基于粒子速率方程和功率傳輸方程組,分別建立了鉺/鐿共摻和摻鐿光纖放大理論模型。模擬與分析了激光系統(tǒng)中信號(hào)功率、信號(hào)波長(zhǎng)、泵浦功率、泵浦波長(zhǎng)等參數(shù)對(duì)MOPA單頻光纖激光輸出性能的影響,為MOPA單頻光纖激光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了理論支持與指導(dǎo)。(3)使用1535 nm單頻激光種子源和短Er3+/Yb3+共摻磷酸鹽光纖,進(jìn)行了纖芯泵浦超緊湊MOPA單頻激光實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn):MOPA激光器的信噪比和相對(duì)強(qiáng)度噪聲略有劣化,但線寬沒有出現(xiàn)明顯展寬。實(shí)驗(yàn)獲得了功率611 m W和線寬小于2 k Hz的單頻激光輸出,單位長(zhǎng)度輸出功率達(dá)到150 m W/cm。使用1560 nm線偏振單頻激光種子源和Er3+/Yb3+共摻保偏雙包層光纖,進(jìn)行了包層泵浦一級(jí)MOPA單頻激光實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn):通過有效地抑制受激布里淵散射(SBS)和管理不必要耦合光,提高了激光系統(tǒng)的SBS閾值、穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)驗(yàn)獲得了功率10.9 W、線寬小于3.5 k Hz、偏振消光比大于24 d B、信噪比大于70 d B的單頻激光輸出。(4)使用1014 nm單頻激光種子源和摻Y(jié)b3+磷酸鹽光纖,進(jìn)行了纖芯泵浦高效率與高信噪比MOPA單頻激光理論與實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn),4.0 cm長(zhǎng)度MOPA激光器的轉(zhuǎn)換效率和信噪比最優(yōu)。實(shí)驗(yàn)獲得了功率1059 m W、光-光轉(zhuǎn)換效率81.4%、信噪比大于62 d B的單頻激光輸出。使用1083 nm線偏振單頻激光種子源和摻Y(jié)b3+單包層保偏光纖,進(jìn)行了纖芯泵浦高信噪比保偏MOPA單頻激光實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn):增加種子源的信號(hào)功率和直接濾除ASE光,可以提高M(jìn)OPA激光器的信噪比。實(shí)驗(yàn)獲得了功率1.03 W、信噪比大于70 d B、偏振消光比大于25 d B的保偏MOPA單頻激光輸出。使用1064 nm線偏振單頻激光種子源和兩級(jí)摻Y(jié)b3+雙包層保偏光纖放大器,進(jìn)行了大功率線偏振MOPA單頻激光實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn),通過有效管理ASE與抑制SBS,提高了激光系統(tǒng)的信噪比和SBS閾值。實(shí)驗(yàn)獲得了功率41 W、線寬小于6 k Hz、相對(duì)強(qiáng)度噪聲小于-140 d B/Hz、偏振消光比大于22 d B的單頻激光輸出。(5)基于自制的1064 nm連續(xù)單頻光纖激光器,進(jìn)行了不同晶體的外腔單晶體單程倍頻實(shí)驗(yàn),對(duì)比與分析了其SH輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):單一周期鉭酸鋰(LT)晶體的轉(zhuǎn)換效率較高,進(jìn)一步增加基頻光功率和有效管理熱效應(yīng),可以繼續(xù)提高SH輸出功率。實(shí)驗(yàn)獲得了SH功率6.4 W、轉(zhuǎn)換效率29.8%、相對(duì)強(qiáng)度噪聲小于-140 d B/Hz的單頻532 nm(綠光)激光輸出。使用兩種LT晶體進(jìn)行了外腔雙晶體級(jí)聯(lián)倍頻實(shí)驗(yàn),研究表明:晶體級(jí)聯(lián)方式可以提高SH輸出功率和轉(zhuǎn)換效率,實(shí)驗(yàn)獲得了SH轉(zhuǎn)換效率約34.4%。使用單一周期LT晶體進(jìn)行了脈沖單頻激光外腔單程倍頻實(shí)驗(yàn),研究表明:通過增加基頻光峰值功率,可以進(jìn)一步提高其轉(zhuǎn)換效率。在重復(fù)頻率10 k Hz和脈寬80 ns條件下,實(shí)驗(yàn)獲得了SH轉(zhuǎn)換效率最高約42.1%。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄭瑤雷;Er～（3+）/Yb～（3+）共摻包層泵浦光纖激光器和放大器的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2003年

本文編號(hào)：2800891