基于光纤F-P可调谐滤波器的扫频光纤激光器研究
发布时间：2021-06-05 22:20
扫频光纤激光器作为光纤激光器的一种,具有波长随时间变化而变化的特点。它在光纤传感、生物医学以及光谱学等领域有着极其重要的应用价值。在光学相干层析成像（optical coherence tomography,OCT）技术中,扫频光源是扫频源OCT的关键组成部分,其各项性能参数直接影响扫频源OCT系统的成像性能,因此对扫频光纤激光器的研究具有重要意义。随着光纤技术的发展,扫频光纤激光器的扫频速度、扫频范围、瞬时线宽等各项参数性能都有了较大提升。但是仍然存在扫频激光输出功率较低,1.0μm波段扫频光源研究较少等问题。针对这些问题,本论文研究了拉曼扫频光纤激光器和1.0μm波段扫频光纤激光器,具体研究内容和研究成果如下:1、扫频光纤激光器的输出功率决定了扫频源OCT的系统的灵敏度,目前常用的扫频光纤激光器输出功率只有十几毫瓦,为了解决输出功率低的问题,实现较高功率的扫频激光输出。本论文采用半导体激光器作为泵浦源,最大输出功率达45W,采用双包层掺镱光纤作为增益光纤,由光纤拉曼放大器作为增益介质构成光纤拉曼激光器,并在光纤拉曼激光器中加入可调谐滤波器构成拉曼扫频光纤激光器。获得扫频光谱中心波长...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FFP-TF静态测量实物图
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第三章拉曼扫频光纤激光器研究20谐振腔，产生合适波长的激光作为泵浦输出。另一种是复用半导体激光器，就是将多个波长合适的低功率的半导体激光器耦合起来，利用多个半导体激光器功率叠加来实现高功率输出。前者结构简单、利用率高且易于实现，在实际应用中较为广泛。而根据结构不同，级联式光纤拉曼激光器又可以分为线形腔级联光纤拉曼激光器、环形腔级联光纤拉曼激光器和复合腔级联光纤拉曼激光器。HR-FBGLMA-YDFCPSOC-FBGLD-PUMPLaseroutput图3.5拉曼泵浦光源结构示意图如图3.5所示，采用线性级联式拉曼激光器结构，通过半导体激光器（LD-PUMP）、高反光栅（HR-FBG）、掺镱光纤、包层泵浦剥离器（CPS）以及输出光栅（OC-FBG）构成拉曼泵浦源。泵浦光由半导体激光器产生，信号光由增益光纤产生，增益光纤采用的是LMA-YDF-10/130大模场双包层掺镱光纤，工作波长为1060-1115nm。两个光纤光栅和拉曼增益光纤构成线性腔，泵浦光进入光纤光栅线性腔，通过泵浦掺镱光纤产生信号光。利用光纤光栅的反射特性构成线性谐振腔，使输入光及低阶斯托克斯光在谐振腔内充分谐振转化为所需斯托克斯光，从而使得弱的信号光被放大。图3.6拉曼泵浦源实物图拉曼泵浦源实物图如图3.6所示。泵浦源采用半导体激光器，由北京凯普林光电科技股份有限公司生产，型号为K975DA5RN-45.00WNON-10515B10ENAO，中心波长为975nm，最大输出功率45W。高功率光纤光栅中心波长为1060nm，高反射率大于99%，最大承受功率
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第三章拉曼扫频光纤激光器研究22图3.7环形腔光纤拉曼激光器结构示意图按照上述方案对耦合器输出光谱进行测试，当LD泵浦驱动电流为8A时，能够产生波长为1110nm的一阶拉曼光。如图3.8所示，图3.8(a)为信号光一阶拉曼光的整体光谱图，我们可以看到明显的1060nm的信号光和1110nm的一阶拉曼光，且信号光功率比一阶拉曼光功率高。图3.8(b)为一阶拉曼光的增益光谱图，光谱波形从1109.5nm到1113.5nm约覆盖4nm的波长范围。(a)信号光和一阶拉曼整体光谱图(b)一阶拉曼光增益谱图3.8一阶拉曼光光谱图由于当LD泵浦驱动电流为8A时，产生一阶拉曼光。此时泵浦光功率为40W左右，所以产生拉曼光阈值较高，谐振腔光功率很高，容易烧坏器件，并且拉曼光功率比信号光要低，所以需要降低拉曼阈值，并且提升拉曼光功率。需要将设计方案进行改进，经过分析，我们判断部分泵浦光进入(2+1)×1合束器的输入端，从而使得进入谐振腔的泵浦光减少，导致拉曼阈值较高，于是我们将环形腔光纤拉曼激光器改为线性腔，并在合束器的输入端接入光环形器，使进入输入端的泵浦光经过环形器后返回合束器再次进入谐振腔。(2+1)x1combinerHR-FBGLMA-YDFSMFCO-FBGLD-PUMPISOLaseroutputOCcouplerCPS
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高速宽带扫频光源的研究[J]. 汪鹏飞,童杏林,邓承伟,熊巧,金春姣. 激光与光电子学进展. 2019(20)
[2]980nm掺镱光纤激光器综述[J]. 李平雪,张月. 激光与光电子学进展. 2017(07)
[3]30kHz窄瞬时线宽扫频激光光源的研制[J]. 陈明惠,李昊,范云平. 中国激光. 2016(04)
[4]反向多抽运光纤拉曼放大器偏振相关增益研究[J]. 王丹燕,姜海明,谢康. 中国激光. 2014(09)
[5]单偏振半导体光放大器扫频光相干层析系统[J]. 尚怀嬴,霍力,吴远鹏,娄采云. 半导体光电. 2014(01)
[6]基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源[J]. 陈明惠,丁志华,王成,宋成利. 物理学报. 2013(06)
[7]傅里叶域锁模光纤激光器的输出特性[J]. 张爱琴,冯新焕. 中国科技论文. 2013(01)
[8]非线性光学材料研究现状与应用前景[J]. 孙玉玲,王新,刘杰,蒋新星,孙瑾. 化工科技. 2011(05)
[9]宽带快速线性扫频激光光源的研制[J]. 陈明惠,丁志华,陶渊浩,吴彤. 中国激光. 2011(02)
[10]快速扫频光源及其在光学频域成像中的应用[J]. 丁志华,陈明惠,王凯,孟婕,吴彤,沈龙飞. 中国激光. 2009(10)
博士论文
[1]基于少模光纤的模式转换器和光纤激光器的研究[D]. 姚树智.北京交通大学 2019
[2]扫频激光光源的研制[D]. 陈明惠.浙江大学 2011
[3]光纤折射率传感和信号解调技术研究[D]. 汪扬春.浙江大学 2010
[4]分布式光纤拉曼放大器的理论和实验研究[D]. 张徐亮.浙江大学 2006
硕士论文
[1]多波长光纤激光器的移频与扫频技术研究[D]. 秦旭伟.天津大学 2014
[2]傅立叶域锁模扫频激光器技术及其在传感领域的应用研究[D]. 梁影.哈尔滨工业大学 2013
[3]光纤法—珀传感器端面反射率优化及镀膜试验研究[D]. 赵雷.重庆大学 2006
本文编号：3213026
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FFP-TF静态测量实物图
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第三章拉曼扫频光纤激光器研究20谐振腔，产生合适波长的激光作为泵浦输出。另一种是复用半导体激光器，就是将多个波长合适的低功率的半导体激光器耦合起来，利用多个半导体激光器功率叠加来实现高功率输出。前者结构简单、利用率高且易于实现，在实际应用中较为广泛。而根据结构不同，级联式光纤拉曼激光器又可以分为线形腔级联光纤拉曼激光器、环形腔级联光纤拉曼激光器和复合腔级联光纤拉曼激光器。HR-FBGLMA-YDFCPSOC-FBGLD-PUMPLaseroutput图3.5拉曼泵浦光源结构示意图如图3.5所示，采用线性级联式拉曼激光器结构，通过半导体激光器（LD-PUMP）、高反光栅（HR-FBG）、掺镱光纤、包层泵浦剥离器（CPS）以及输出光栅（OC-FBG）构成拉曼泵浦源。泵浦光由半导体激光器产生，信号光由增益光纤产生，增益光纤采用的是LMA-YDF-10/130大模场双包层掺镱光纤，工作波长为1060-1115nm。两个光纤光栅和拉曼增益光纤构成线性腔，泵浦光进入光纤光栅线性腔，通过泵浦掺镱光纤产生信号光。利用光纤光栅的反射特性构成线性谐振腔，使输入光及低阶斯托克斯光在谐振腔内充分谐振转化为所需斯托克斯光，从而使得弱的信号光被放大。图3.6拉曼泵浦源实物图拉曼泵浦源实物图如图3.6所示。泵浦源采用半导体激光器，由北京凯普林光电科技股份有限公司生产，型号为K975DA5RN-45.00WNON-10515B10ENAO，中心波长为975nm，最大输出功率45W。高功率光纤光栅中心波长为1060nm，高反射率大于99%，最大承受功率
南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第三章拉曼扫频光纤激光器研究22图3.7环形腔光纤拉曼激光器结构示意图按照上述方案对耦合器输出光谱进行测试，当LD泵浦驱动电流为8A时，能够产生波长为1110nm的一阶拉曼光。如图3.8所示，图3.8(a)为信号光一阶拉曼光的整体光谱图，我们可以看到明显的1060nm的信号光和1110nm的一阶拉曼光，且信号光功率比一阶拉曼光功率高。图3.8(b)为一阶拉曼光的增益光谱图，光谱波形从1109.5nm到1113.5nm约覆盖4nm的波长范围。(a)信号光和一阶拉曼整体光谱图(b)一阶拉曼光增益谱图3.8一阶拉曼光光谱图由于当LD泵浦驱动电流为8A时，产生一阶拉曼光。此时泵浦光功率为40W左右，所以产生拉曼光阈值较高，谐振腔光功率很高，容易烧坏器件，并且拉曼光功率比信号光要低，所以需要降低拉曼阈值，并且提升拉曼光功率。需要将设计方案进行改进，经过分析，我们判断部分泵浦光进入(2+1)×1合束器的输入端，从而使得进入谐振腔的泵浦光减少，导致拉曼阈值较高，于是我们将环形腔光纤拉曼激光器改为线性腔，并在合束器的输入端接入光环形器，使进入输入端的泵浦光经过环形器后返回合束器再次进入谐振腔。(2+1)x1combinerHR-FBGLMA-YDFSMFCO-FBGLD-PUMPISOLaseroutputOCcouplerCPS
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高速宽带扫频光源的研究[J]. 汪鹏飞,童杏林,邓承伟,熊巧,金春姣. 激光与光电子学进展. 2019(20)
[2]980nm掺镱光纤激光器综述[J]. 李平雪,张月. 激光与光电子学进展. 2017(07)
[3]30kHz窄瞬时线宽扫频激光光源的研制[J]. 陈明惠,李昊,范云平. 中国激光. 2016(04)
[4]反向多抽运光纤拉曼放大器偏振相关增益研究[J]. 王丹燕,姜海明,谢康. 中国激光. 2014(09)
[5]单偏振半导体光放大器扫频光相干层析系统[J]. 尚怀嬴,霍力,吴远鹏,娄采云. 半导体光电. 2014(01)
[6]基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源[J]. 陈明惠,丁志华,王成,宋成利. 物理学报. 2013(06)
[7]傅里叶域锁模光纤激光器的输出特性[J]. 张爱琴,冯新焕. 中国科技论文. 2013(01)
[8]非线性光学材料研究现状与应用前景[J]. 孙玉玲,王新,刘杰,蒋新星,孙瑾. 化工科技. 2011(05)
[9]宽带快速线性扫频激光光源的研制[J]. 陈明惠,丁志华,陶渊浩,吴彤. 中国激光. 2011(02)
[10]快速扫频光源及其在光学频域成像中的应用[J]. 丁志华,陈明惠,王凯,孟婕,吴彤,沈龙飞. 中国激光. 2009(10)
博士论文
[1]基于少模光纤的模式转换器和光纤激光器的研究[D]. 姚树智.北京交通大学 2019
[2]扫频激光光源的研制[D]. 陈明惠.浙江大学 2011
[3]光纤折射率传感和信号解调技术研究[D]. 汪扬春.浙江大学 2010
[4]分布式光纤拉曼放大器的理论和实验研究[D]. 张徐亮.浙江大学 2006
硕士论文
[1]多波长光纤激光器的移频与扫频技术研究[D]. 秦旭伟.天津大学 2014
[2]傅立叶域锁模扫频激光器技术及其在传感领域的应用研究[D]. 梁影.哈尔滨工业大学 2013
[3]光纤法—珀传感器端面反射率优化及镀膜试验研究[D]. 赵雷.重庆大学 2006
本文编号：3213026
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