基于啁啾相移光纤光栅的光纤激光器的研究

发布时间：2017-08-13 16:03

  本文关键词：基于啁啾相移光纤光栅的光纤激光器的研究

  更多相关文章： 压电陶瓷片 啁啾相移光纤光栅 波长可调连续光纤激光器 调Q光纤激光器

【摘要】：光纤激光器是一种特殊形态的固体激光器,与传统的固体激光器相比,具有易与光纤系统耦合且插入损耗小,输出光束质量好等独特的优点,目前已经广泛应用于光通信、光传感、雷达、激光加工、激光医疗以及激光测距等领域。本文结合国家自然科学基金项目展开了基于啁啾相移光纤光栅(CPSFBG)的波长可调谐连续光纤激光器和调Q光纤激光器的理论和实验研究,完成的主要工作如下：1.利用传输矩阵法分析了相移光纤光栅和线性啁啾光纤光栅的传输特性,同时介绍了啁啾相移光纤光栅的产生原理及光纤光栅在波长可调连续光纤激光器和调Q光纤激光器中的应用。2.研究了一种基于啁啾相移光纤光栅的波长可调谐连续光纤激光器的实现方案。该方案中利用压电陶瓷片(PZT)对线性啁啾光纤光栅的纵向拉伸作用向其引入稳定的相移,仿真分析了PZT加载不同大小的直流电压及PZT作用于线性啁啾光纤光栅不同位置两种情况下的啁啾相移光纤光栅的传输特性。理论推导及仿真分析了该光纤激光器的实现原理,研究了泵浦功率、掺铒光纤(EDF)长度及输出耦合率等参量对输出激光功率的影响。3.研究了一种基于啁啾相移光纤光栅的调Q光纤激光器的实现方案,该方案通过在PZT上加载调制信号实现。仿真中采用占空比为50%的周期矩形信号,当设置这个周期矩形信号的频率为10KHz时,可得到重复频率为10KHz,脉冲宽度为1μs的脉冲激光。4.实验搭建了基于啁啾相移光纤光栅的可调谐连续光纤激光器系统模型。利用相位掩膜和紫外曝光技术制作了中心波长为1544.843nm,长度为9cm的线性啁啾光纤光栅(LCFBG),将PZT粘贴于其中间位置,当PZT加载直流电压时,啁啾相移光纤光栅的频谱出现一个窄带缺口,且缺口的中心波长和透射率随着加载电压的变化而变化。将这个基于PZT的啁啾相移光纤光栅用于可调谐连续光纤激光器,随着加载电压的增大,输出激光的工作波长向长波长漂移,且输出功率增加,实验变化趋势与理论分析结果一致。将PZT保持在某一电压下,每隔5分钟记录一次激光器输出光谱,结果表明,在实验时间内,搭建的基于啁啾相移光纤光栅的波长可调连续光纤激光器的激光输出具有很好的稳定性。
【关键词】：压电陶瓷片 啁啾相移光纤光栅 波长可调连续光纤激光器 调Q光纤激光器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 光纤光栅的发展与应用研究现状11-13
• 1.3 光纤激光器的研究背景与光纤光栅在其中的应用13-17
• 1.3.1 光纤激光器的优点和分类14-15
• 1.3.2 光纤光栅在光纤激光器中的应用15-17
• 1.4 基于光纤光栅的波长可调谐光纤激光器的发展17-18
• 1.5 基于光纤光栅的调Q光纤激光器的发展18-19
• 1.6 论文主要章节安排19-21
• 2 基于光纤光栅的光纤激光器的基本原理21-38
• 2.1 光纤光栅的基本原理21-28
• 2.1.1 均匀光纤布拉格光栅及其传输矩阵21-24
• 2.1.2 相移光纤光栅及其传输矩阵24-26
• 2.1.3 线性啁啾光纤光栅及其传输矩阵26-28
• 2.2 光纤激光器工作原理28-33
• 2.2.1 光纤激光器组成28-29
• 2.2.2 掺铒光纤中的激光效应29-32
• 2.2.3 铒离子的能级速率方程32-33
• 2.3 调Q光纤激光器工作原理33-36
• 2.3.1 调Q脉冲产生过程概述33-35
• 2.3.2 调Q激光器输出特性分析35-36
• 2.6 本章小结36-38
• 3 基于啁啾相移光纤光栅的光纤激光器的仿真分析38-51
• 3.1 基于啁啾相移光纤光栅的光纤激光器模型38-39
• 3.2 啁啾相移光纤光栅可调谐性分析39-42
• 3.2.1 不同相移量的影响39-41
• 3.2.2 不同相移位置的影响41-42
• 3.3 基于啁啾相移光纤光栅的光纤激光器的滤波特性分析42-45
• 3.3.1 波长可调光纤激光器的滤波特性分析42-43
• 3.3.2 调Q光纤激光器的滤波特性分析43-45
• 3.4 基于啁啾相移光纤光栅的波长可调光纤激光器的仿真分析45-49
• 3.4.1 环形腔行波速率方程45-47
• 3.4.2 光纤激光器速率方程数值化47-49
• 3.5 基于啁啾相移光纤光栅的调Q光纤激光器的速率方程49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 基于啁啾相移光纤光栅的光纤激光器输出特性分析51-65
• 4.1 基于啁啾相移光纤光栅的波长可调光纤激光器的仿真结果分析51-54
• 4.1.1 激光输出特性分析51-53
• 4.1.2 波长可调光纤激光器的影响参数分析53-54
• 4.2 基于啁啾相移光纤光栅的调Q光纤激光器的仿真结果分析54-58
• 4.2.1 调Q光纤激光器输出特性分析55-56
• 4.2.2 调Q光纤激光器影响参数分析56-58
• 4.3 波长可调光纤激光器的实验研究58-64
• 4.3.1 线性啁啾光纤光栅的制备58-59
• 4.3.2 啁啾相移光纤光栅的滤波特性59-61
• 4.3.3 输出激光光谱实验研究61-62
• 4.3.4 输出激光稳定性实验研究62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 5 结论65-67
• 5.1 论文主要内容65-66
• 5.2 未来工作展望66-67
• 参考文献67-70
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果70-72
• 学位论文数据集72

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本文编号：668116