基于双锥滤波器的2μm可调谐光纤激光器研究

发布时间：2020-06-11 16:01

【摘要】：可调谐光纤激光器因其具有结构简单、波长灵活等优点,可代替多个单波长光纤激光器成为密集波分复用系统的理想光源。2μm波段的可调谐激光器与短波长(1μm、1.5μm)可调谐激光源相比,在激光医疗、雷达、环境监测、非金属加工和人眼安全方向具有独特的优势,因而成为近年来的研究热点。在2μm可调谐激光器中,可调谐滤波器往往存在成本高、插入损耗大且不利于全光纤化等缺点。基于上述问题,本文对2μm可调谐光纤激光器的滤波器件和增益光纤长度进行优化设计,并对其可调谐特性进行实验研究。首先,本文列举了光纤激光器中双锥滤波器以及近十年2μm光纤激光器调谐方式的研究现状,对其调谐原理和波长范围等进行了归纳和总结。在此基础上,本文确立了以1550 nm波长激光器为泵浦源、铥钬共掺光纤为增益介质、自制的双锥光纤滤波器为可调谐滤波器的连续和脉冲光纤激光器系统方案。其次,根据整体方案的设计,本文针对铥钬共掺光纤激光器的泵浦方案和最佳增益光纤长度进行了优化设计。在~3H_6-~3F_4泵浦方案的铥钬共掺光纤激光器速率方程模型下,研究了不同掺杂浓度下泵浦光和信号光在铥钬共掺光纤中的传输特性。研究表明,在确定掺杂浓度下,综合考虑理论分析结果和腔内损耗,最终确定的最佳铥钬共掺光纤长度为2.5 m。随后,本文设计并制备了双锥型Mach-Zehnder可调谐光纤滤波器。本文使用Rsoft软件对锥形光纤的场分布进行模拟,结果表明,随着束腰直径的减小,激发的高阶模式增多,但锥形光纤损耗变大。为了获得损耗较低模式较多的双锥滤波器,经过反复实验确定拉锥的马达速度为250,放电强度为120。根据光纤的热光效应和弹光效应设计了温度调谐和应力调谐两种调谐方法。最后,本文实现了基于双锥滤波器的2μm可调谐铥钬共掺光纤激光器。为了优化2μm可调谐激光器的输出特性,本实验选择耦合器分光比为50:50、70:30、90:10的耦合器,产生激光阈值泵浦功率为450 mW、365 mW和330 mW,斜率效率为3.2%、2.6%和1.2%,分光比为90:10时,激光器能在较大功率范围内工作。在分光比为90:10时,将不同尺寸的双锥滤波器引入谐振腔内,在温度调谐方式下,激光器波长调谐范围为2.6 nm、2.92 nm、5.14 nm和3.58 nm。而应力增大时,输出波长向短波长方向移动,调谐效果较好,激光器调谐范围分别为18.08 nm、20.86nm、21.64 nm、25.46 nm和14.64 nm,最大调谐范围对应的光纤束腰直径为60μm。因此,本实验可调谐锁模脉冲铥钬共掺光纤激光器中采用的束腰直径为60μm的双锥滤波器和应力调谐方法,其波长调谐范围和光谱全高半宽分别为1882.02nm-1905.96 nm(23.94 nm)和1.24 nm-1.34 nm。脉冲周期、重复频率、最高输出功率、脉冲能量和信噪比分别为2.658μs、372 kHz、36.3 mW、97.4 nJ和~40 dB。与目前基于双锥滤波器的2μm可调谐光纤激光器相比,该结果脉冲和连续两种运行状态下波长调谐范围均有提升,且对实验参数进行了详细分析,有助于2μm可调谐激光器的广泛应用。
【图文】：

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【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248;TN713

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