1.06μm宽带调频低噪声固体激光器研究

论文摘要

当今社会,光纤通信发展越来越快,同时也面临着很多问题,例如偏远地区的通信光纤铺设、易被人为破坏等,空间激光通信可以很好的避开这些缺点而慢慢被人们重视。在空间激光通信技术的发展中,零差相干光通信技术因其具有传输距离远,误码率低,不受地域限制等优点而被广泛应用。激光信号在空间传输过程中,通常会受到多普勒频移效应的影响,信号光的频偏可达到GHz量级。捕获空间中的传输信号光并与本振光相干叠加实现信号放大,需要本振激光器输出的激光具有频率稳定且能够快速调频的特性。在激光探测应用中,激光雷达接收到的信号光往往比较微弱,需要接收到的信号光与本振光进行拍频来实现信号光的解调,以提高探测的灵敏度。研究快速可调谐激光器对提高激光雷达的性能具有重要意义。论文回顾了激光调频和噪声抑制技术的发展进程,为了保证激光器实现稳定的可调谐激光输出,首先要选取优质的光源,由于固体激光器能够获得窄线宽和高功率输出的优点,可以作为一种备选光源。在工作物质方面,采用高增益的Nd:YVO4晶体。本文使用光电负反馈技术对Nd:YVO4固体激光器进行噪声抑制研究,并采用电光方式实现快速调频。我们的研究主要分为四个部分:（1）利用四能级激光器全量子理论模型,对激光噪声的产生机理进行分析,可以有效的克服传统速率方程理论在定量方面不准确的缺陷。并求出自由运转下的噪声谱和激光相对强度噪声传递函数。（2）开展了低噪声快速调频Nd:YVO4激光器的设计,测量Nd:YVO4的自发辐射谱线,利用LiTaO3晶体本身的F-P标准具效应来选择单纵模,并计算得到的LiTaO3晶体的透过率与波长的关系,分析相位超前和环路增益对噪音抑制的影响,通过仿真得到对应的激光噪声谱。（3）在实验方面,设计相位超前电路,在保证激光器单频输出的基础上,对LiTaO3晶体进行施加控制电压,实现快速调频,通过数据拟合表明,该固体激光器的调频范围高达150 MHz。在光电负反馈环路中加入合适的相位超前并放大,发现噪声的峰值向高频方向移动,同时在整个频谱范围内,相对强度噪声峰值低于-120 dB/Hz,验证了方案的可行性。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 激光调频

1.2.1 激光调频国外发展

1.2.2 激光调频国内发展

1.3 激光器噪声抑制技术发展

1.4 本文的主要研究工作

第二章激光器噪声特性和宽带调频的理论研究

2.1 相对强度噪声传递函数理论分析

2.1.1 自由运转下的强度噪声谱

2.1.2 四能级结构模型和哈密顿算符的引入

2.1.3 量子郎之万算符运动方程

2.1.4 激光器相对强度噪声传递函数的推导

2.2 激光器单模选取的原理

2.3 激光器噪声传递函数的仿真和验证

2.3.1 光电负反馈系统的传递函数的优化

2.3.2 光电负反馈系统设计原理

2.3.3 激光器和驱动电路的传递函数

2.4 激光调频相关理论分析

2.4.1 电光晶体的性质

2.4.2 钽酸锂相关的物理性质

2.4.3 激光腔内调频技术研究

2.5 本章小结

第三章低噪声快速调频激光器设计

3.1 激光器的结构设计

3.2 本振激光器的噪声抑制环路设计

3.3 激光器的宽带调频方案设计

第四章调频及噪声抑制实验

4.1 激光调频实验

4.2 激光噪声抑制实验

4.3 本章小结

第五章全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 对后续工作的展望

致谢

参考文献

研究生期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘阳

导师: 王云祥

关键词: 光通信,多普勒频移,调频,相位超前

来源: 电子科技大学

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: 电子科技大学

分类号: TN248

总页数: 58

文件大小: 3648K

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