单频掺镱光纤激光振荡器及窄线宽纳秒光纤放大器研究

发布时间：2017-07-03 03:03

  本文关键词：单频掺镱光纤激光振荡器及窄线宽纳秒光纤放大器研究

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【摘要】：随着国际市场竞争日益激烈,光纤激光器的市场占了一半以上,在诸多领域光纤激光器已经逐渐代替其他激光器的应用,光纤激光器有多个应用方向,在超高精度、激光雷达、微小信号探测、光传感等领域,单频窄线宽激光器凭借其极窄的光谱线宽和极好的相干性得到广泛应用,同时单频窄线宽光纤激光器的市场化、工程化也让我们面临巨大的挑战。分析激光技术的基本物理问题和关键技术,发现问题,解决问题,掌握大功率光纤激光器的放大技术,提高双包层光纤激光器的输出功率和性能,对促进我国光纤激光器的工程化发展和打破国外的技术垄断具有非常重要的意义。本课题在如何实现窄线宽、高功率、高稳定、低噪声的全纤化光纤激光器方面展开研究。下面我们将工作内容进行简要介绍。一、介绍了单频光纤激光器的定义以及它的重要应用方向,并说明本课题的研究意义和背景。介绍在课题开始前期进行的准备工作,同时对国内外相关领域的研究现状进行调研。二、介绍在1μm单频光纤激光器种子源部分所做的工作。对可实现单频运转的各种技术进行对比分析,我们采用环形腔和超短腔两种实验方案进行研究对比。在环形腔中,利用反馈结构,使回路反馈光与本振光进行干涉,利用窄带宽的光纤布拉格光栅进行初步选模,再利用干涉形成的空间光栅结构进行第二次选模,最后获得功率大小为13.54 mW的1064 nm单频激光输出,稳定性较差;在线性腔中,抓住短腔这一特点,通过缩短腔长来获得单频激光输出,使用一对具有窄带宽的光纤布拉格光栅和长度仅有1 cm的掺镱磷酸盐光纤构成谐振腔,最后获得功率大小为7.5 m W的1064 nm单频激光输出,稳定度较高。三、对1μm光纤激光器的理论模块进行深入分析,从镱离子的能级结构和输出特性出发,到泵浦激发产生激光的过程。讨论如何实现脉冲激光输出,并对本次课题所采用的腔外声光调制技术原理进行介绍。最后对窄线宽光纤激光放大器中的非线性因素(主要表现为SBS和SRS)进行分析,为采用有效的抑制非线性技术的方法,提供了强有力的理论依据。四、介绍在光纤激光器调制技术和窄线宽光纤激光放大器方面做的一些工作。利用函数信号发生器和声光调制器对单频光纤激光器种子源进行腔外调制,获得稳定的中心波长为1064 nm、功率大小为0.27 mW、重复频率为50 kHz、脉冲宽度为330 ns的纳秒脉冲激光输出。窄线宽光纤激光放大器采用MOPA结构,对调制后脉冲激光进行四级放大,放大过程中主要采取增大增益光纤的模场面积、减小增益纤长度、对光纤实行压力和温度控制等方法降低非线性,以实现高功率输出,最后获得中心波长为1064 nm、功率大小为1.95 W、重复频率为50 kHz、脉冲宽度为330 ns的窄线宽激光输出,完成对全纤化结构纳秒级窄线宽光纤激光器的实验研究。
【关键词】：光纤激光器 单频 纳秒 窄线宽 高功率
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248;TN722
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 单频光纤激光器研究背景、意义及应用10-11
• 1.2 单频窄线宽光纤激光器研究现状11-19
• 1.2.1 单频光纤激光器振荡器发展现状11-16
• 1.2.2 高功率单频光纤激光器发展现状16-19
• 1.3 本课题主要研究目的和内容19-22
• 第2章 单频光纤激光器种子源设计与优化22-40
• 2.1 实现单频激光运转的方法22-27
• 2.1.1 线性腔22-24
• 2.1.2 环形腔24-26
• 2.1.3 饱和吸收体法26-27
• 2.2 F-P干涉仪的原理27-29
• 2.3 1μm波段单频窄线宽光纤激光器种子源实验研究29-37
• 2.3.1 环形腔实验研究29-32
• 2.3.2 线性腔实验研究32-37
• 2.4 本章小结37-40
• 第3章 单频光纤激光放大器理论研究40-52
• 3.1 掺镱光纤特性分析40-43
• 3.1.1 镱离子的能级结构和光谱特性40-41
• 3.1.2 双包层掺镱光纤放大理论41-43
• 3.2 激光调制技术的理论研究43-46
• 3.2.1 腔外声光调制原理44-46
• 3.3 高功率光纤激光器结构中非线性效应分析46-50
• 3.3.1 受激布里渊散射产生机理47-48
• 3.3.2 受激拉曼散射产生机理48-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 窄线宽纳秒光纤激光放大器实验研究52-62
• 4.1 腔外调制52-55
• 4.1.1 调制实验装置52-53
• 4.1.2 实验结果及分析53-55
• 4.2 高功率纳秒窄线宽光纤放大器实验研究55-61
• 4.2.1 主振荡功率放大结构装置55-56
• 4.2.2 实验结果分析56-61
• 4.3 本章小结61-62
• 总结62-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士期间所发表的学术论文70-72
• 致谢72

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