掺钕组合晶体双波长激光器的功率均衡机制研究
发布时间：2020-06-18 20:33
【摘要】：近年来,随着移动互联网的快速发展,各种新型无线通信业务迭出,网络数据量呈现指数式增长,有限的频谱资源变得越来越稀缺,此前尚未使用的毫米波和亚毫米波也开始被提上日程。为了得到上述信号,我们需要合适的双频/双波长激光器,而在常见的晶体激光器中,掺钕离子的激光器凭借着其较大的增益带宽,已成为目前主流双频/双波长激光器的研究对象之一。本文在此基础上,提出了一种结构更加特殊的Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体新型激光器,并实验研究了其温控输出特性,最后理论分析了其功率均衡的实现机理。全文的大致内容如下:(1)概括性地说明了亚毫米波的现实意义及应用前景,并重点介绍了其常见的光学生成方法,最后对双频/双波长激光器的国内外研究现状做了简单介绍。(2)先介绍了掺钕组合晶体双波长激光器的构成,接着从量子学角度对激光器的工作原理做了剖析,分析了四能级系统速率方程、输出特性等理论,最后分析了此类激光器的功率均衡度调节方法。(3)实验研究了在一定抽运条件下,Nd:YVO4/Nd:GdV04组合晶体随温度变化的输出特性。在实验过程中,设置泵浦电流为14.5 A,以℃为间隔改变组合晶体热沉温控温度由5℃至40℃,激光器可实现310 GHz以上的大频差激光信号输出。分析实验结果,发现输出双频信号的功率与热沉温控温度呈负相关关系,拟合出的左右峰变化率分别为-0.0190/℃和-0.0082/℃,且在温度为32.36℃时,激光器达到功率均衡状态。此外,还发现输出激光信号的中心波长会随着热沉温控温度的上升发生红移,且两者呈正相关关系,其中左峰漂移速度为9.70pmm/℃,右峰漂移速度为6.12 pmm/℃。(4)基于晶体热效应、组合晶体温度场分布仿真以及相应荧光谱的动态检测结果,说明了功率可调性是由组合晶体中两种晶体荧光谱的温度变化特性差异所引起。其中,仿真结果表明,组合晶体内外存在温差,前端Nd:YVO4晶体温度与热沉温度相差约25℃,后端Nd:GdVO4晶体与热沉温度相差约50 0C。而荧光谱检测实验结果则表明,Nd:YVO4/Nd:GdVO4组合晶体荧光谱左右峰的变化情况与实际输出信号左右峰的变化趋势基本一致,速率的吻合度也较高,且同样存在功率均衡点。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248
【图文】：
内容既包括它们的传输理论、产生装置，也涉及诸如通讯系统、雷达系统等具。由此可见，亚毫米波作为一种无线通信系统中的载体是具有发展前景的。逡逑米波的生成技术［１２，１３１主要分为两类，一类是利用传统半导体技术来获取，另器件产生光学双频信号来获取。前者一般需要借助频率振荡器，而频率振荡般介于０－１００邋ＧＨｚ范围之间，因此无法获取频率更高的亚毫米波。而后者一的光源拍频产生所需信号，所获信号不仅频率超过０．３邋ＴＨｚ，且相位噪声往以光生亚毫米波技术的出现，打破了原有复杂半导体技术信号源在相位噪声、范围等方面的局限性，成为当下亚毫米波生成技术的主要研究方向。逡逑毫米波技术是指通过光学的方法来生成相应的信号。它与传统技术最的信息中间载体是光信号，且仅在接收终端才解调成相应的电信号。常见的制技术有四种，即光外差调制法，强度调制法，光注入锁定相位法［２１，２２］其中，本论文所研宄的功率均衡机制与上述第一种调制方法密切相关，所以绍一下它的基本工作原理。逡逑差调制法（Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ邋Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）的工作原理如图１．１所不，一般是的光波进行混频、滤波后，通过光电检测器获得所需亚毫米波信号。逡逑
到了邋２００４年，法国学者Ｍａｒｃ邋Ｂｒｕｎｅｉ等人提出了一种通过双折射晶体将不同偏振激光（0逡逑光和ｅ光）组合成大频差双频信号的方法。他们所设计的谐振腔中了放置了一对标准具，通逡逑过改变它们的角度可以实现对输出激光信号的频差调谐。实验装置如图１．２所示，其使用逡逑￡１＇：￥１）旧３５３晶体作为增益介质，获得了最大频差为４．２邋１＇１＾，左右波峰中心分别在１．５３３邋＾１１１１逡逑和１．５５０邋ｐｍ的双频激光信号，为亚毫米波信号的产生提供了一种思路。逡逑ａ邋Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋（ａ．邋ｕ．）逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（丁Ｈｚ）逦Ｉｆ邋／逦／逦／逦／逡逑？逦？＊逦？＊逦？邋－？—逡逑图１．２基于双折射晶体的双波长激光器实验装置及输出频差图［２５】逡逑２００８年，来自澳大利亚Ｍａｃｑｕａｒｉｅ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ的Ａａｒｏｎ邋ＭｃＫａｙ等人设计了一套频差可调逡逑的双螺旋偏振激光器，如图１．３所示。该实验装置中的增益介质为Ｎｄ：ＹＡＧ晶体，掺杂浓度逡逑较高（４％），通过改变双波片的相对角度，可以在调节频差的同时，输出稳定的双频激光信逡逑号。实验最终获得了邋５－１００邋ＧＨｚ可调节，稳定度为１０－６的双频激光信号输出。逡逑３逡逑
本文编号：2719796
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248
【图文】：
内容既包括它们的传输理论、产生装置，也涉及诸如通讯系统、雷达系统等具。由此可见，亚毫米波作为一种无线通信系统中的载体是具有发展前景的。逡逑米波的生成技术［１２，１３１主要分为两类，一类是利用传统半导体技术来获取，另器件产生光学双频信号来获取。前者一般需要借助频率振荡器，而频率振荡般介于０－１００邋ＧＨｚ范围之间，因此无法获取频率更高的亚毫米波。而后者一的光源拍频产生所需信号，所获信号不仅频率超过０．３邋ＴＨｚ，且相位噪声往以光生亚毫米波技术的出现，打破了原有复杂半导体技术信号源在相位噪声、范围等方面的局限性，成为当下亚毫米波生成技术的主要研究方向。逡逑毫米波技术是指通过光学的方法来生成相应的信号。它与传统技术最的信息中间载体是光信号，且仅在接收终端才解调成相应的电信号。常见的制技术有四种，即光外差调制法，强度调制法，光注入锁定相位法［２１，２２］其中，本论文所研宄的功率均衡机制与上述第一种调制方法密切相关，所以绍一下它的基本工作原理。逡逑差调制法（Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ邋Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）的工作原理如图１．１所不，一般是的光波进行混频、滤波后，通过光电检测器获得所需亚毫米波信号。逡逑
到了邋２００４年，法国学者Ｍａｒｃ邋Ｂｒｕｎｅｉ等人提出了一种通过双折射晶体将不同偏振激光（0逡逑光和ｅ光）组合成大频差双频信号的方法。他们所设计的谐振腔中了放置了一对标准具，通逡逑过改变它们的角度可以实现对输出激光信号的频差调谐。实验装置如图１．２所示，其使用逡逑￡１＇：￥１）旧３５３晶体作为增益介质，获得了最大频差为４．２邋１＇１＾，左右波峰中心分别在１．５３３邋＾１１１１逡逑和１．５５０邋ｐｍ的双频激光信号，为亚毫米波信号的产生提供了一种思路。逡逑ａ邋Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邋（ａ．邋ｕ．）逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（丁Ｈｚ）逦Ｉｆ邋／逦／逦／逦／逡逑？逦？＊逦？＊逦？邋－？—逡逑图１．２基于双折射晶体的双波长激光器实验装置及输出频差图［２５】逡逑２００８年，来自澳大利亚Ｍａｃｑｕａｒｉｅ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ的Ａａｒｏｎ邋ＭｃＫａｙ等人设计了一套频差可调逡逑的双螺旋偏振激光器，如图１．３所示。该实验装置中的增益介质为Ｎｄ：ＹＡＧ晶体，掺杂浓度逡逑较高（４％），通过改变双波片的相对角度，可以在调节频差的同时，输出稳定的双频激光信逡逑号。实验最终获得了邋５－１００邋ＧＨｚ可调节，稳定度为１０－６的双频激光信号输出。逡逑３逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前7条
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本文编号：2719796
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