1.5μm多波长单频光纤激光器研究

论文摘要

多波长光纤激光器是基于同一谐振腔实现多个波长的光纤激光同时激射与输出,其装置结构紧凑、成本低、且易于集成,在多波长激光雷达、光纤传感、波分复用光纤通信系统、微波光子学、太赫兹光谱技术等领域具有广阔的应用前景。随着一些实际应用中对测量精度的要求越来越高,使用多波长单频光纤激光器作为光源能够有效提高激光探测的精度。因此,开展多波长单频光纤激光器的研究具有重要意义。但由于铒镱共掺光纤中Er3+的增益谱线会发生均匀加宽,从而引起不同波长间的波长竞争和交叉增益饱和现象,导致常温下多波长激光难以同时激射。目前,大多数1.5μm多波长单频激光的研究工作都是基于偏振烧孔效应实现双波长输出,很难满足实际应用中对更多波长的需求。针对以上存在的问题,本论文围绕多波长单频光纤激光器开展了研究,具体的研究内容以及获得的成果如下:（1）从铒镱共掺光纤的能级结构和粒子跃迁过程出发,分析与研究了铒镱共掺光纤内多波长振荡时由Er3+谱线均匀加宽引起波长竞争的机理,通过在光路中引入偏振烧孔效应和增益均衡机制,设计了有效抑制波长竞争的多波长激光谐振腔结构,并基于速率方程,建立了多波长激光谐振腔理论模型。（2）基于多波长谐振腔模型,考虑了多波长光场之间相互耦合形成的非线性效应,结合非线性薛定谔方程,对多波长光纤激光器的输出功率及光场演化进行建模仿真。分析了单纵模和多纵模输出状态下的多波长激光性能,研究了多纵模运转对多波长激光器功率稳定性的影响。根据设计的能够有效抑制波长竞争的激光谐振腔结构,搭建了多波长单频光纤激光器,实现了波长间隔为0.4 nm的4个单频激光同时稳定输出,其中每个波长的激光线宽为20 kHz,在频率大于3 MHz处的相对强度噪声值均小于-113 dB/Hz。（3）基于半导体可饱和吸收镜（Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM）对光的饱和吸收特性,在谐振腔内加入SESAM作为反射镜构建被动调Q装置,实现了4个不同波长的单频调Q脉冲激光同时稳定输出,其最大平均功率为19.44 mW。通过改变泵浦功率大小,其输出脉冲重复频率可在126.6到350.9 kHz范围内可调,其最窄脉冲宽度为104 ns。此外,结合铒镱共掺光纤的多波长谐振腔理论模型和SESAM反射率随光功率变化方程,建立了多波长被动调Q的理论模型,通过仿真得到了多波长激光的脉冲序列。同时,研究了输出波长数量变化时的激光脉冲序列及其变化规律,通过研究发现了随着输出波长数量的增加,脉冲重复频率会随之增大,而脉冲能量会随之降低。

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Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 1.5 μm多波长单频光纤激光器发展与研究现状

1.2.1 多波长激光技术概述

1.2.2 多波长光纤激光器研究现状

1.3 本课题的研究目的及意义

1.4 本课题的主要任务和工作

第二章多波长光纤激光器理论基础

2.1 谐振腔结构及理论分析

2.1.1 铒镱共掺光纤自发辐射理论分析

2.1.2 多波长激光传输理论模型

2.2 谱线加宽与波长竞争

2.2.1 铒离子均匀增益特性

2.2.2 波长竞争机制

2.2.3 偏振烧孔效应

2.2.4 增益均衡

2.3 本章小结

第三章多波长连续波单频光纤激光器的研究

3.1 多波长单频光纤激光器的理论研究

3.1.1 多波长光纤激光器输出特性仿真

3.1.2 多波长光纤激光器仿真结果

3.2 多波长单频光纤激光器结构与激光特性测量

3.3 本章小结

第四章多波长被动调Q单频光纤激光器的研究

4.1 基于SESAM被动调Q多波长光纤激光器原理及实验装置

4.2 实验结果与讨论

4.3 脉冲特性理论分析

4.3.1 基于SESAM被动调Q多波长光纤激光器仿真模拟

4.3.2 多波长调Q脉冲特性研究

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李坤仪

导师: 邓华秋,徐善辉

关键词: 多波长,单频光纤激光器

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华南理工大学

分类号: TN248

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001364

总页数: 69

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