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1.5μm掺铒窄线宽光纤激光器研究

伍波  
【摘要】: 窄线宽光纤激光器在超远距离传感和高精度光谱方面有广泛的应用。特别是作为光纤激光传感器,它具有对电磁场的抗干扰、安全、体积小、可远程控制等特性,并且由于它的高灵敏度以及利用WDM技术实现多路传输,在军事上也有很大的应用潜力。本文针对新型结构的环形腔和线形腔掺Er~(3+)窄线宽光纤激光器的选模器件、腔形设计、测量方法等相关问题,展开相应的理论与实验研究。 论文的主要工作包括: 1.概述了激光器的线宽理论。对延迟自外差/零差激光线宽测量方法进行了误差分析。讨论了相干因子、延迟光纤倍数、以及延迟光纤长度对延迟自零差线宽测量结果的影响。讨论了延迟光纤倍数、以及延迟光纤长度对延迟自外差线宽测量结果的影响。并分析了最小二乘曲线拟合谱线的线宽对测量线宽的影响。采用延迟自外差方法测量了一只DFB半导体激光器的线宽。 2.对掺Er~(3+)窄线宽光纤激光器的进行了理论分析。分别讨论了掺Er~(3+)光纤激光器的输出特性以及窄线宽光纤激光器的设计方案。并利用光纤光栅法布里-珀罗标准具理论,分析了光纤光栅标准具随腔长变化的性质、光纤光栅标准具随光栅反射率变化的性质。 3.进行了以光纤光栅法布里-珀罗标准具为外腔选模器件的环形腔单频光纤激光器实验研究。使用光纤环行器的环形腔光纤激光器获得9.2mW的激光输出,斜效率约为7%,输出激光3dB线宽为0.01nm,信噪比为50dB。在光纤耦合器结构的环形腔光纤激光器中得到输出单频光功率为42mW,斜率效率为33%。分析了两种方案输出特性不一致的原因。 4.进行了1535nm线型腔光纤激光器实验研究,以布拉格波长为1535nm的光纤光栅F-P标准具为选模器件,使用了全光纤结构的法拉第旋转器来抑制空间烧孔效应。激光器阈值抽运光功率为12mW,最大输出信号光功率为39.5mW,单端最高输出信号光功率为22mW,斜率效率为29.7%。激光器输出中心波长为1534.83nm,光谱稳定,信噪比高。采用15km单模光纤延迟线进行了延迟自外差线宽测量,得到光纤激光器的3dB线宽小于7.5kHz。 5.进行了高功率线型腔光纤激光器实验研究。光纤激光器主要由两个中心波长1550nm的光纤光栅F-P标准具(FBG F-P)和高掺Er~(3+)光纤线形腔构成,阈值抽运光功率为11mW,输出信号光功率为73mW,斜率效率达55%。激光器输出中心波长为1550nm,光谱稳定,信噪比高。采用10km单模光纤延迟线进行了延迟自外差线宽测量,得到光纤激光器的3dB线宽小于10kHz。 6.进行了窄线宽光纤激光器的温度稳定性实验研究。光纤激光器当抽运光功率为200mW时,得到50mW输出信号光功率,激光器斜率效率为27%。采用10km单模光纤延迟线进行了延迟自外差线宽测量,得到光纤激光器的3dB线宽小于10kHz。信噪比为56dB。在温度稳定性实验中,当温度从25℃变化到90℃时,激光器的输出波长变化了1.02nm,光纤光栅的温度灵敏度为0.016nm/℃。在温度变化中,激光器的输出功率略有波动,输出激光波长连续变化,无跳模现象,自外差谱线的3dB带宽的变化小于1kHz。 7.系统理论分析光纤饱和吸收体压窄光纤激光器线宽的机理。采用环形行波腔结构,将光纤光栅法布里-珀罗标准具作为主要选模器件,以较短的低损耗光纤饱和吸收体稳频,构造了高效的环形行波腔单频光纤激光器。实验中得到了稳定的单频激光,无跳模现象发生,输出信号光功率为39mW,斜率效率为30%,信噪比大于50dB,测量激光线宽小于10kHz。


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