1.06μm宽带调频低噪声固体激光器研究

发布时间：2020-08-22 21:39

【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:YVO_4晶体。本文使用光电负反馈技术对Nd:YVO_4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:YVO_4激光器的设计,测量Nd:YVO_4的自发辐射谱线,利用LiTaO_3晶体本身的F-P标准具效应来选择单纵模,并计算得到的LiTaO_3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LiTaO_3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。
【学位授予单位】：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】：

环形激光谐振腔,非平面,单块

电子科技大学硕士学位论文vity）半导体激光器实现了激光腔内模式增强频率调制，1μm-5仅仅在高比特率调制下就可以获得超过 500：1 的纵模辨别比，0-9，在单频操作下能够获得高达 1 Gbit / s 的直接调制。当 C3激式操作时，实现了高达 26 /mA 的平均频率调谐速率和 300 然后利用标准具的选择透过性，实现了 1.3 μm 波长附近半个增，调频速率为 10 /mA[3,4]。，斯坦福大学 Robert L. Byer 等人提出了单块非平面环形腔激光关的理论验证[5]。该激光器结合了环形激光器和单块激光器各自可以利用 Nd:YAG 晶体实现所谓的环形腔。环形腔如图 1-1 所示够输出单纵模激光，该激光器一个突出优点就是频率可调谐。

调制信号,激光,幅度,频率

且可以利用 Nd:YAG 晶体实现所谓的环形腔。环形腔如图 1-1 所能够输出单纵模激光，该激光器一个突出优点就是频率可调谐图 1-1 单块非平面环形激光谐振腔[5]7年Owyoung和Esherick等人对Nd:YAG单块环形激光器进行调体两侧施加压电调制信号时，能够实现 76.5 GHz 的频率调谐范 1-2 所示。实验中，由于 Nd:YAG 晶体受压，还观察到双折射现得到不同的压电调制效率。

调谐曲线,固体激光器,调谐曲线,调制电压

)、5 s(曲线 b)、15 s(曲线 c)对应固体激光器在 15 V 调制电线[6]omas J. Kane 和 Emily A. P. Cheng 利用压电陶瓷调谐对形激光器进行调谐[7]，将压电陶瓷黏在电光晶体上，且是 0.25 μm。压电陶瓷两端加入 15 V 的电压，在 1 μs，分别对应图 1-3 所示曲线(a)、(b)、(c)所示，从图可 16 MHz 范围内的频率调谐。当加在压电陶瓷晶体两端以下时，激光调谐系数为 1 MHz/V。当施加压电陶瓷 V 时，能够实现高达 100 MHz 范围内的激光调谐。.J. Zayhowski 等人设计出输出功率仅几个 mW 以压电:YAG 微片激光器[8]。1991 年，P.A. Schulz 等人利用了 Nd:YAG 调频激光输出[9]。由于两个激光器都采用电效应和线性电光效应获得高达 GHz 量级的调频带宽生在谐振腔的纵模间隔内，而且对于微片激光器，增激光输出功率比较低。

【参考文献】