短直腔单频光纤激光器关键技术及光纤光栅温度传感增敏特性的研究

发布时间：2020-03-23 09:48

【摘要】：近年来,单频光纤激光器作为激光器领域的一个研究热点,发展迅速。因它具有相干性好、易于集成化、散热性好、光束质量好以及抗干扰能力强等特点,因而使其广泛地应用于激光测距、激光雷达、光纤水听器、激光医疗、干涉检测、光谱成像、引力波探测等领域。随着高掺杂、多组分玻璃光纤新型技术的飞速发展,光纤激光器领域实现单频输出腔型选择越来越偏向于短直线型腔,尤其是利用结构简单紧凑、全光纤、稳定性高、纵模间隔较大且不易跳模的分布布拉格反射式(Distributed Bragg R eflector-DBR)短直腔结构来实现光纤激光器单频输出的方法,逐渐受到了广大科研学者积极的关注和研究。本论文选用两个宽带、高反光纤光栅(HR-FBG)和1.4cm长度的高掺杂浓度Yb3+增益介质构建了DBR短直腔光纤激光器,成功实现了输出波长为1030nm的单频激光输出,并对其输出功率进行了放大的实验研究。同时,也对光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)局部点加热带通滤波特性以及温度传感增敏特性进行了实验研究。本文主要的研究内容及其成果如下:首先,简单介绍了传输矩阵理论,理论计算、分析了在FBG栅区不同位置引入不同相位突变对其反射谱的影响。在此基础上,基于传输矩阵理论,改变加热温度、加热位置和加热宽度等参数,理论分析了FBG局部点加热的输出光谱特性。另外,对掺杂Yb3+离子光纤的能级结构和光谱特性进行了介绍和分析。接着,提出了一种基于两个宽带、高反光纤光栅(HR-FBG)的短直腔DBR结构的单频光纤激光器。该短直腔DBR光纤激光器采用长度为1.4cm的以石英玻璃为基底、高掺杂浓度Yb3+增益光纤为工作介质。通过对该光纤激光器的两个HR-FBG进行精确地温控,使其反射峰边缘处相交叠,进而有效地压窄腔内增益带宽,成功实现了输出波长为1030nm的单纵模激光输出,并对其运转特性进行了全面的实验研究。固定输出端HR-FBG温度为12℃,输入端HR-FBG的温度在59.2℃~60.6℃范围时,该DB R短直腔光纤激光器始终呈现单纵模运转。同时,在该光纤激光器处于单纵模运转时,两个HR-FBG按照相同的温度步长同时进行温度调谐,实现了连续可调谐的单频激光输出。为实现该单频光纤激光器的高功率输出,分别对此单频激光输出分别进行了后向泵浦光放大方式的实验研究。采用这种功率放大方式条件下,当增益长度为8.5cm时,得到的放大输出功率为349.7m W,斜效率为69.8%。在此工作基础上,对宽带FBG在局部点加热情况下的输出光谱特性进行了实验研究,实现了单波长、双波长以及四波长滤波窗口,为实现双宽带HR-FBG组成的光纤激光器单频输出提供了一种可能方法。最后,分别以铜、铝、有机玻璃、聚四氟乙烯为实验衬底材料,对采用片式粘敷封装技术的FBG温度传感增敏特性进行了实验研究。当对两侧尾纤有涂覆层的FBG进行封装时,其温度灵敏系数分别是裸纤情况下的2.3倍、2.9倍、5.2倍、11.7倍。为了改进实验,对尾纤无涂覆层的FBG进行了封装测试。在测试温度范围内,其反射波长随温度的变化始终呈现良好的线性关系,其温度灵敏系数分别提高到了3倍、3.4倍、9.2倍、12.6倍,测量结果重复性良好。
【图文】：

第一章 绪论般而言，介质反射膜的发射光谱带宽较宽，，能够达到几个成的此反射腔镜不满足窄带条件，因此其对模式的选择效的激光器通常处于多纵模运转状态，较难获得单纵模、窄提高纵模选择特性这一问题，就要使组成谐振腔的反射腔光纤布拉格光栅（FBG）器件作为反射腔镜，以此来获得利用 FBG 作为反射腔镜，既提高了谐振腔内空间光到光较为复杂的光学对准结构，稳定性好，适用环境范围较宽

图 1.2 DFB 短直腔结构单频光纤激光器结构示意图[33]图 1.3 DBR 短直腔结构单频光纤激光器结构示意图[34]BR 结构单频光纤激光器直腔结构单频光纤激光器是另一种典型的线型腔，其结构如图 1.3 光谐振腔通常是由一个宽带、高反的 FBG 和一个当作耦合输出的窄及一段较短的高掺杂稀土离子增益光纤三者构建而成。作为耦合输出带、高反 FBG 波长要匹配，以此能形成谐振。为了能够实现单频激光合输出 FBG 要具有较窄的反射带宽外，还要求增益光纤的长度尽量高的增益系数以保证激光单纵模能振荡。与 DFB 结构相比较，DB较为容易，成本较低，输出功率相对较高。因此，本论文的主要工作
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248;TP212.11

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杜赫庭;刘爱民;曹涧秋;潘志勇;黄值河;王小林;许晓军;陈金宝;;自主研发的976nm波段全光纤激光器实现了100W量级功率输出[J];强激光与粒子束;2019年10期

2 ;中国首台2万瓦光纤激光器正式装机将打破美国禁运[J];现代焊接;2016年12期

3 李云庆;;基于嵌入式技术的光纤激光器优化控制系统设计[J];激光杂志;2019年06期

4 郭嘉池;吴景丰;杨家欣;黄彩红;刘旭;;高功率光纤激光器研究进展[J];中国新通信;2019年17期

5 马思烨;张闻宇;邱佳欣;冀巍;刘燕j;;高功率连续光纤激光器技术发展概述[J];光纤与电缆及其应用技术;2019年05期

6 张宁;;掺铥光纤激光器结构与特性研究[J];北京联合大学学报;2018年02期

7 申玉霞;李飞;;基于优化神经网络的光纤激光器的最优设计[J];激光杂志;2017年02期

8 宋昭远;姚桂彬;张磊磊;张雷;龙文;;单频光纤激光器相位噪声的影响因素[J];红外与激光工程;2017年03期

9 刘毅;;首台2万瓦光纤激光器正式装机 打破国外技术垄断[J];中国设备工程;2017年01期

10 ;国产光纤激光器进入发展新阶段[J];锻压装备与制造技术;2017年04期

相关会议论文 前10条

1 全昭;漆云凤;何兵;周军;;2μm波段连续拉曼光纤激光器研究[A];第十四届全国物理力学学术会议缩编文集[C];2016年

2 马建立;姜诗琦;于淼;刘海娜;王军龙;王学锋;;1.2kW单主振级全光纤激光器[A];激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集[C];2015年

3 赵水;段云锋;张秀娟;王强;邓明发;孙维娜;;1908nm掺铥全光纤激光器的研究[A];激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集[C];2015年

4 周军;何兵;李骁军;叶青;刘恺;漆云凤;楼祺洪;陈卫标;;高功率光纤激光核心部件与高功率光纤激光器的产业化[A];第十三届全国物理力学学术会议论文摘要集[C];2014年

5 史伟;;高端光纤激光器的研究现状[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

6 史伟;;基于光纤激光器的太赫兹源[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

7 镇伟;曹涧秋;陆启生;;相互注入式光纤激光器耦合阵列相干合成的研究进展[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

8 罗正钱;黄朝红;蔡志平;许惠英;刘孙丽;;掺磷拉曼光纤激光器的解析解及数值模拟[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

9 侯静;肖瑞;陈子伦;张斌;;3路光纤激光器阵列相干合成输出[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 刘艳格;董孝义;袁树忠;开桂云;刘波;付圣贵;王志;;全光纤激光器与放大器研究(特邀)[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 夏燕;烽火通信：光纤激光器用掺镱光纤实现市场突破[N];人民邮电;2018年

2 MEB记者 余悦;光纤激光器市场爆发 全球市场规模超20亿美元[N];机电商报;2018年

3 本报记者 赵谦德 见习记者 李万晨曦;锐科激光打破国外激光设备垄断 整合光纤激光器产业链走向高端制造[N];证券日报;2018年

4 深圳商报记者 陈姝 通讯员 杨小彬;“激光打蚊子”机器人将于明年上市[N];深圳商报;2017年

5 记者 文俊 通讯员 余洋欢 实习生 董航;我省研发国内首台2万瓦光纤激光器[N];湖北日报;2016年

6 记者 李墨;我国首台万瓦光纤激光器在汉问世[N];湖北日报;2013年

7 记者 王进;我国首台万瓦连续光纤激光器问世[N];中国船舶报;2013年

8 本报记者 李波;“万瓦光纤激光器”促3D打印“成行”[N];中国证券报;2013年

9 记者 邓洪涛　通讯员 陈俊 李慧;我国光纤激光器跨进全球三强[N];湖北日报;2011年

10 记者 张平阳;首台国产1000W工业级光纤激光器在西安诞生[N];西安日报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 吴函;新型随机光纤激光器的实现及应用[D];电子科技大学;2019年

2 马春阳;基于被动锁模光纤激光器的超短脉冲理论与实验研究[D];吉林大学;2019年

3 刘彤辉;基于偏振控制的可调谐光纤激光器研究[D];天津大学;2017年

4 姚树智;基于少模光纤的模式转换器和光纤激光器的研究[D];北京交通大学;2019年

5 王庆凯;基于二维纳米材料的光纤激光器研究[D];湖南大学;2015年

6 云灵;被动锁模光纤激光器中不同特性孤子的实验与理论研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2016年

7 李雕;基于低维纳米材料主、被动调制的脉冲光纤激光器研究[D];西北大学;2018年

8 田恺;时分/波分复用光纤传感系统及其关键技术研究[D];北京交通大学;2018年

9 谌亚;新型窄线宽光纤激光器和少模光纤激光器的研究[D];北京交通大学;2018年

10 贾青松;基于光纤激光器的微波信号产生及其应用研究[D];长春理工大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 孟庆阳;基于多模光纤/铒镱共掺光纤的光纤激光器[D];电子科技大学;2019年

2 高颖;基于新型结构的长波长中红外光纤激光器[D];电子科技大学;2019年

3 何欢欢;基于布里渊效应的随机光纤激光器研究[D];电子科技大学;2019年

4 刘瑞生;基于四氧化三铁纳米材料的脉冲光纤激光器研究[D];陕西师范大学;2019年

5 王婉琳;基于倏逝场效应的被动锁模掺镱光纤激光器[D];长春理工大学;2019年

6 王富任;2μm高重复频率锁模光纤激光器研究[D];长春理工大学;2019年

7 陈华龙;基于可饱和吸收体1.5μm耗散孤子锁模光纤激光器技术研究[D];长春理工大学;2019年

8 吴迪;基于非线性效应的1.7μm波段光纤激光器的研究[D];长春理工大学;2019年

9 王娜;基于二硒化铼的被动调Q光纤激光器研究[D];西北大学;2019年

10 孙江;全保偏超短脉冲掺镱光纤激光器的研究[D];西北大学;2019年

本文编号：2596553