0.9μm单频光纤激光器及倍频研究
发布时间：2021-02-20 02:35
0.9μm波段单频激光器具有窄线宽、低噪声等特点,使得其在遥感、光谱学和原子冷却等领域的广泛应用引起了国内外学者的极大关注。0.9μm波段单频光纤激光器通过非线性频率转换不仅可以获得可见光以及深紫外激光,而且还可以作为掺钕(Nd3+)、掺镱(Yb3+)和掺铒(Er3+)激光器的高性能泵浦源。然而,这些激光源的噪声以及线宽等性能,限制了它们在许多需要窄线宽和低噪声单频激光领域的应用。本文研究了0.9μm波段高性能单频激光器的实现,分别为978 nm低噪声窄线宽单频光纤激光器,以及通过1870 nm高功率单频光纤激光器进行空间倍频获得的935 nm单频激光,具体的研究内容和主要成果如下:（1）研究、设计并制作了978 nm DBR短腔单频光纤激光谐振腔,实现了功率30m W、信噪比（Signal to Nosie Ratio,SNR）大于60 d B、激光线宽6.24 k Hz的单频光纤激光输出,其转换效率达17.3%。基于978 nm单频光纤激光种子源,采用掺镱光纤放大器（Ytterbium-Doped Fiber Amp...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镱离子能级结构示意图
华南理工大学硕士学位论文11杂光纤、空气包层光纤、光子带隙光纤等不同的增益光纤结构设计[76]，也应用到了有效的980nm波段光纤激光器和放大器当中。图2-2不同基质中镱离子的吸收与发射截面。（a）磷酸盐基质光纤；（b）石英基质光纤Fig.2-2AbsorptionandemissioncrosssectionsoftheYb3+ionsindifferenthostmaterials.(a)siliconglassfiber;(b)phosphateglassfiber2.1.2DBR谐振腔实现单频激光输出的原理单频激光输出的实现方式主要有环形腔和线性腔两种[22][23]。环形腔由于其较长的腔结构，容易受外界干扰而导致输出激光的性能不稳定等问题[26]。而线性腔的腔长较短，有较强的抗外界干扰能力，所以相对来说能够更容易实现稳定的激光输出[27]。激光谐振腔直接影响着激光器的输出性能，它不仅提供模式选择功能，还为激光器提供光学反馈作用，是单频光纤激光器最重要的部分。按照线性谐振腔结构来划分类型，又有DFB结构光纤激光器和DBR结构光纤激光器两种[28][29]。DFB谐振腔由于其光栅刻写以及热量积聚等难以克服的缺点，而逐渐被DBR结构的谐振腔所取代[31][32]。图2-3所示为典型的DBR光纤激光谐振腔的基本结构图。DBR短线性谐振腔的结构是将一对光纤光栅熔接或直接对接在一小段增益光纤的两端构成谐振腔，其中反射率较低的光栅作为谐振腔输出端。根据激光的模式理论，谐振腔内形成的稳定振荡激光满足：2=cqnL（2-1）式中为激光频率，q为正整数，c为光速，n为增益光纤的折射率，L为谐振腔腔长。相邻纵模的间隔均相等，可表示为：2qcnL=（2-2）
第二章978nm低噪声单频光纤激光器的研究12图2-4（a）即为激光器谐振腔中各个相邻纵模间隔的简要示意图。图2-3典型的DBR结构光纤激光谐振腔装置结构图Fig.2-3TypicalschematicdiagramofthefiberlaserresonatorwithDBRstructure图2-4纵模间隔与增益谱半高全宽示意图。（a）纵模之间的间隔示意图；（b）增益谱半高全宽示意图Fig.2-4Longitudinalmodeintervalandhalf-heightfullwidthofgainspectrum.(a)longitudinalmodeinterval;(b)half-heightfullwidthofgainspectrum图2-4（b）为增益谱半高全宽（FWHM）f的简要示意图，f表示为增益谱峰值高度一半时的增益峰宽度。f满足以下公式：f2c=（2-3）
本文编号：3042088
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镱离子能级结构示意图
华南理工大学硕士学位论文11杂光纤、空气包层光纤、光子带隙光纤等不同的增益光纤结构设计[76]，也应用到了有效的980nm波段光纤激光器和放大器当中。图2-2不同基质中镱离子的吸收与发射截面。（a）磷酸盐基质光纤；（b）石英基质光纤Fig.2-2AbsorptionandemissioncrosssectionsoftheYb3+ionsindifferenthostmaterials.(a)siliconglassfiber;(b)phosphateglassfiber2.1.2DBR谐振腔实现单频激光输出的原理单频激光输出的实现方式主要有环形腔和线性腔两种[22][23]。环形腔由于其较长的腔结构，容易受外界干扰而导致输出激光的性能不稳定等问题[26]。而线性腔的腔长较短，有较强的抗外界干扰能力，所以相对来说能够更容易实现稳定的激光输出[27]。激光谐振腔直接影响着激光器的输出性能，它不仅提供模式选择功能，还为激光器提供光学反馈作用，是单频光纤激光器最重要的部分。按照线性谐振腔结构来划分类型，又有DFB结构光纤激光器和DBR结构光纤激光器两种[28][29]。DFB谐振腔由于其光栅刻写以及热量积聚等难以克服的缺点，而逐渐被DBR结构的谐振腔所取代[31][32]。图2-3所示为典型的DBR光纤激光谐振腔的基本结构图。DBR短线性谐振腔的结构是将一对光纤光栅熔接或直接对接在一小段增益光纤的两端构成谐振腔，其中反射率较低的光栅作为谐振腔输出端。根据激光的模式理论，谐振腔内形成的稳定振荡激光满足：2=cqnL（2-1）式中为激光频率，q为正整数，c为光速，n为增益光纤的折射率，L为谐振腔腔长。相邻纵模的间隔均相等，可表示为：2qcnL=（2-2）
第二章978nm低噪声单频光纤激光器的研究12图2-4（a）即为激光器谐振腔中各个相邻纵模间隔的简要示意图。图2-3典型的DBR结构光纤激光谐振腔装置结构图Fig.2-3TypicalschematicdiagramofthefiberlaserresonatorwithDBRstructure图2-4纵模间隔与增益谱半高全宽示意图。（a）纵模之间的间隔示意图；（b）增益谱半高全宽示意图Fig.2-4Longitudinalmodeintervalandhalf-heightfullwidthofgainspectrum.(a)longitudinalmodeinterval;(b)half-heightfullwidthofgainspectrum图2-4（b）为增益谱半高全宽（FWHM）f的简要示意图，f表示为增益谱峰值高度一半时的增益峰宽度。f满足以下公式：f2c=（2-3）
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