基于匹配干涉仪的光纤环形激光相干坍塌抑制
发布时间：2020-12-09 02:08
跳模会导致单波长光纤环形激光器相干性有不同程度的退化,严重影响光学系统的性能。设计一种基于匹配干涉仪的相干坍塌抑制方案,分析抑制机理。并分别搭建臂差可调的空间光匹配干涉仪(SLMI)和全光纤结构匹配干涉仪(AFMI),通过实验对抑制效果进行方案验证。结果表明:当SLMI的等效臂差不断逼近理论值时,可监测到多模匹配干涉现象,该现象等效于单纵模激光干涉,从而实现相干坍塌抑制;AFMI结构紧凑,便于嵌入光纤相干探测系统中,能有效抑制随机跳模引入的相干坍塌和相位噪声谱级的大幅上升,降低系统虚警概率。作为一种被动手段,匹配干涉仪对抑制或规避模式失稳引起的相干坍塌具有指导意义。
【文章来源】：光学学报. 2020年03期 第87-93页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验装置。
为准确测算匹配臂差l0,需测量EDFRL的纵模间隔Δν0。实验中提升泵浦强度至一定水平,驱使EDFRL的输出处于多模振荡频发状态,通过测量分析多纵模间的拍频信号来测得Δν0。图2为EDFRL在非稳定多模振荡条件下测得的拍频信号功率谱(平均模式),图中梳状谱线对应的频点均为Δν0的倍频量,测得Δν0=18.780 MHz。该匹配干涉仪所用光纤在1550 nm附近的折射率为n=1.4680。构建匹配干涉仪时,令(5)式中k0值为1,计算得到EDFRL对应的匹配臂差l0=543.71 cm。理论上,l0是指全光纤结构匹配干涉仪的臂差,对于空间光匹配干涉仪,将两臂的总光程差除以2n折算为l0。Δν0与n的测量误差分别为1 kHz、10-4,则根据(5)式可推算出l0的测算误差δl0=0.66 mm。另外,干涉仪短臂光纤(包括准直器)量取100.00 cm,长臂光纤量取643.70 cm,量取误差均为1 mm,再加上测算误差δl0、光纤端面切割测量误差与熔接损耗,实验条件下l0的综合误差控制在3 mm以内,如图1所示,通过微调两臂之间的空间光程差进行误差补偿,以实现匹配干涉实验的验证与特性分析。
实验时提升泵浦强度至一定水平,EDFRL进入阵发多模区,工作在多模振荡频发的状态,当输出模式结构处于复杂的多模竞争时,光源往往出现相干坍塌现象[17]。理论上,当Michelson干涉仪两臂光程差对应的时延满足(4)式时,可实现多模匹配干涉。为验证多模匹配干涉,如图1(c)所示,分别利用基座和光纤调整架的步进旋钮对长臂上的准直器与平面镜的距离进行先粗调再微调,从而精细联调两臂的等效臂差。同时监测EDFRL输出的模式结构与两干涉仪的干涉条纹信号,当等效臂差实际值不断逼近理论值l0时,即可监测到匹配干涉现象,如图3所示。图3表示数字示波器输出的四通道信号,图中从上至下依次为纵模结构、空间光匹配干涉仪和常规光纤干涉仪输出的干涉条纹。高泵浦条件下,EDFRL常处于非稳态多纵模振荡,如图3(a)～(c)所示,瞬态纵模结构演化方式复杂多变,多模竞争剧烈,并对光源相干性与综合性能产生严重影响。图3(a)显示当前纵模结构相对稳定,同时常规干涉仪输出相对稳定的干涉条纹,如图3(g)所示,但该状态难以长时保持,表明EDFRL处于准静态多模振荡。图3(b)、(c)则显示当前纵模结构呈现动态非稳定,结合图3(h)、(i)可知,EDFRL处于动态多模振荡,模式竞争激烈。
本文编号：2906065
【文章来源】：光学学报. 2020年03期 第87-93页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验装置。
为准确测算匹配臂差l0,需测量EDFRL的纵模间隔Δν0。实验中提升泵浦强度至一定水平,驱使EDFRL的输出处于多模振荡频发状态,通过测量分析多纵模间的拍频信号来测得Δν0。图2为EDFRL在非稳定多模振荡条件下测得的拍频信号功率谱(平均模式),图中梳状谱线对应的频点均为Δν0的倍频量,测得Δν0=18.780 MHz。该匹配干涉仪所用光纤在1550 nm附近的折射率为n=1.4680。构建匹配干涉仪时,令(5)式中k0值为1,计算得到EDFRL对应的匹配臂差l0=543.71 cm。理论上,l0是指全光纤结构匹配干涉仪的臂差,对于空间光匹配干涉仪,将两臂的总光程差除以2n折算为l0。Δν0与n的测量误差分别为1 kHz、10-4,则根据(5)式可推算出l0的测算误差δl0=0.66 mm。另外,干涉仪短臂光纤(包括准直器)量取100.00 cm,长臂光纤量取643.70 cm,量取误差均为1 mm,再加上测算误差δl0、光纤端面切割测量误差与熔接损耗,实验条件下l0的综合误差控制在3 mm以内,如图1所示,通过微调两臂之间的空间光程差进行误差补偿,以实现匹配干涉实验的验证与特性分析。
实验时提升泵浦强度至一定水平,EDFRL进入阵发多模区,工作在多模振荡频发的状态,当输出模式结构处于复杂的多模竞争时,光源往往出现相干坍塌现象[17]。理论上,当Michelson干涉仪两臂光程差对应的时延满足(4)式时,可实现多模匹配干涉。为验证多模匹配干涉,如图1(c)所示,分别利用基座和光纤调整架的步进旋钮对长臂上的准直器与平面镜的距离进行先粗调再微调,从而精细联调两臂的等效臂差。同时监测EDFRL输出的模式结构与两干涉仪的干涉条纹信号,当等效臂差实际值不断逼近理论值l0时,即可监测到匹配干涉现象,如图3所示。图3表示数字示波器输出的四通道信号,图中从上至下依次为纵模结构、空间光匹配干涉仪和常规光纤干涉仪输出的干涉条纹。高泵浦条件下,EDFRL常处于非稳态多纵模振荡,如图3(a)～(c)所示,瞬态纵模结构演化方式复杂多变,多模竞争剧烈,并对光源相干性与综合性能产生严重影响。图3(a)显示当前纵模结构相对稳定,同时常规干涉仪输出相对稳定的干涉条纹,如图3(g)所示,但该状态难以长时保持,表明EDFRL处于准静态多模振荡。图3(b)、(c)则显示当前纵模结构呈现动态非稳定,结合图3(h)、(i)可知,EDFRL处于动态多模振荡,模式竞争激烈。
本文编号：2906065
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