高功率光纤激光器及其相干合成技术的研究

【摘要】： “信息爆炸”刺激了全球通信业务的疯狂增长,同时对通信网传递信息的能力提出了更高的要求。密集波分复用(DWDM)和光时分复用(OTDM)是实现光纤通信系统升级扩容的有效途径,而多波长信号及高重复频率的超短光脉冲的产生则是与其相对应的两种关键技术。同时,由于军事、工业加工、以及空间通信的需求,对光纤激光器的功率提高日趋迫切。本论文从理论与实验两个方面对相干合成技术在双包层光纤激光器以及掺铒单模光纤激光器上做了较为深入的研究;同时对多波长光纤激光器以及波长窄化进行了较为细致的研究。得到了一些有意义的成果。主要包括: 1、发现3dB光纤环镜的精细波长分割作用,并利用这种分割机制,研制成功一种窄线宽、双波长可转换的掺铒光纤激光器。 2、利用未受泵浦的掺铒光纤以及宽带高反射率的光纤布喇格光栅做自动跟踪滤波器,当穿行其中的激光信号构成驻波时,出现了空间烧孔效应,从而抑制了多纵模的产生,引入高双折射光纤环镜做梳状波长滤波器。进而利用二者之间的卷积效应,研制中一种新颖的窄线宽多波长的光纤激光器。 3、提出在Michelson式结构中引入起偏器,使激光相干合成效果得到了进一步的提高,而且从理论上定性分析了引入起偏器的必要性。提出在Michelson式耦合结构中仅启用一个光纤布拉格光栅同时做为共腔反射镜以及波长滤波器,发现在同样的泵浦功率下,光栅反射率越高,合成输出的功率越高,为进一步探索高功率光纤激光器的相干合成提供了宝贵的经验。 4、在3的基础上利用一个光纤布喇格光栅做为共腔反射镜以及波长滤波器,实现了主动锁模掺铒光纤激光器,获得了较高重复频率的对称的明、暗脉冲激光。同时在不引入其他外加均衡机制的情况下,获得了高重复频率的均衡二阶有理数谐波锁模。 5、对大模场面积的双包层掺镱光纤激光器进行了以下研究:(1),在大模场面积的双包层光纤上直接写制低反射率的布喇格光栅做信号输出腔镜,实现了窄线宽、多波长的双包层光纤激光器;(2),基于相干合成的需要,自制1060nm的小信号(16mW)源,利用大模场面积的掺镱双包层光纤做增益介质,实现了主振荡功率放大(MOPA);(3),利用饱和吸收体,进行了被动调Q掺镱光纤激光器的研究。最后参与完成了全国产化大功率掺镱双包层光纤激光器样机的研制,并通过了专家鉴定。