基于全光纤滤波技术的单频光纤激光器研究

发布时间：2017-05-21 13:09

  本文关键词：基于全光纤滤波技术的单频光纤激光器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：单频光纤激光器近几年在光纤通信、光纤传感、光谱分析、军事探测、生物医学等领域具有广泛的应用。单频光纤激光器具有线宽窄、波长可调谐、噪声低、结构紧凑等优势,但是在线宽压缩、拓展应用波段、提高系统稳定性、波长灵活可调谐等方面仍需要突破。目前,针对实现不同波段的单频光纤激光输出已经成为国内外光纤激光器领域研究的热点。本文针对实现波长可调谐单频激光输出进行研究,特别是针对1.5μm与21μm波段开展研究工作,提出采用自反馈光注入结构结合饱和吸收体抑制波长漂移的方法；优化设计谐振腔结构,提出采用光纤环形滤波结构实现消除多余纵模的方法,获得了稳定的波长可调谐单频激光输出；对保偏光纤环形滤波器进行研究,设计并实现了高稳定性且波长可调谐的窄线宽光纤激光器；提出采用基于细芯光纤的光纤模间干涉滤波结构抑制模式跳变的方法,设计并实现了环形腔结构的双波长可调谐窄线宽光纤激光器,有效提高了输出激光的稳定性,并研制了基于线形腔结构的双波长可调谐激光器,实现了稳定的单频激光输出,采用延迟自外差法对激光运转的频谱特性和激光线宽进行了测试；提出采用级联Sagnac光纤环结构实现波长调谐的线形腔结构掺铥光纤激光器的方法,获得了稳定的单波长和可调谐多波长窄线宽激光输出。本文的主要研究内容包括：(1)针对掺铒光纤发光特性进行研究,设计并完成了基于单泵浦源结构的C+L波段掺铒光纤宽带光源,通过理论分析与实验优化,实现了高平坦度ASE光输出,在1540-1610nm范围内光谱平坦度为±0.91dB,在1520-1610nm范围内光谱平坦度为±1.65dB。(2)针对光纤激光器模式跳变和波长漂移的问题,提出了采用饱和吸收体和自反馈光注入结构提高系统稳定性的方法,设计并实现了波长可调谐的高稳定性的窄线宽光纤激光器,通过对输出激光波长漂移进行测试,验证了设计结构的有效性。(3)针对实现稳定单频窄线宽光纤激光输出的问题,提出采用有源光纤环形滤波结构提高单频激光器稳定性的方法。基于线形腔自反馈光注入结构,设计并实现了高稳定性的双波长可调谐的单频激光器,并采用延迟自外差法对激光线宽和运转状态进行了测试,激光3dB线宽分别为2.8kHz和2.5kHz。(4)针对实现多波长窄线宽激光输出的问题,提出采用保偏光纤环形滤波器结合保偏光纤光栅实现多波长可调谐激光输出的方法。设计并实现了具有高稳定性的窄线宽多波长光纤激光器,并对输出激光的波长漂移与功率波动进行了测试；采用Sagnac环作为反射端,搭建了线形腔结构的多波长掺铒光纤激光器,并测试了系统的稳定性。(5)针对实现高稳定性波长可调谐单频光纤激光输出的问题,提出采用光纤模间干涉滤波技术提高激光器稳定性的方法。设计并实现了基于单模光纤与细芯光纤结合的马赫-曾德干涉滤波结构；在环形腔结构的激光器中应用该结构提高了系统的稳定性；设计并实现了基于该滤波方法的线形腔结构光纤激光器,有效提高了系统的稳定性,实现了稳定的单频激光输出,并对激光线宽进行了测量,激光3dB线宽分别为3.4kHz和3kHz。(6)针对实现2μm波段多波长窄线宽激光输出的问题,提出采用级联Sagnac环实现激光波长调制的方法。设计并实现了线形腔结构的多波长可调谐掺铥光纤激光器,并对输出激光的稳定性进行测试,实现了稳定的三波长激光同时输出。
【关键词】：单频光纤激光器 饱和吸收体 自反馈光注入 环形滤波器 细芯光纤 保偏光纤 掺铥光纤
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
【目录】：

• 致谢9-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-23
• 第一章 引言23-34
• 1.1 单频光纤激光器的研究意义23
• 1.2 单频光纤激光器的应用背景23-28
• 1.3 单频光纤激光器的研究进展28-32
• 1.4 本文的主要研究内容32-34
• 第二章 单频光纤激光器理论34-51
• 2.1 光纤激光器的波段34-39
• 2.1.1 掺铒光纤35
• 2.1.2 掺镱光纤35-36
• 2.1.3 掺铥光纤36-39
• 2.2 线形腔与环形腔结构光纤激光器39-46
• 2.2.1 DBR光纤激光器40-42
• 2.2.2 DFB光纤激光器42-45
• 2.2.3 环形腔光纤激光器45-46
• 2.3 复合腔结构光纤激光器46-50
• 2.3.1 基于子腔结构的复合环形腔光纤激光器46-48
• 2.3.2 基于光纤全反镜结构的复合线形腔光纤激光器48-49
• 2.3.3 光纤Fox-Smith腔激光器49-50
• 2.4 本章小结50-51
• 第三章 实现光纤激光器单频输出的关键技术51-67
• 3.1 饱和吸收体技术51-55
• 3.2 光纤环形滤波技术55-58
• 3.3 光纤干涉滤波技术58-61
• 3.4 光纤F-P滤波技术61-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第四章 基于光注入技术的掺铒光纤激光器67-86
• 4.1 掺铒光纤发光特性67-68
• 4.2 C+L波段自发辐射宽带光源68-73
• 4.3 基于光纤光栅和全反镜结构的掺铒光纤激光器73-75
• 4.4 基于光注入技术的光纤激光器工作原理75-78
• 4.4.1 腔外光注入技术76-77
• 4.4.2 自注入技术77-78
• 4.5 实验系统结构和原理78-85
• 4.5.1 激光输出特性80-82
• 4.5.2 双波长可调谐光纤激光器82-85
• 4.6 本章小结85-86
• 第五章 基于光纤环形滤波技术的单频掺铒光纤激光器86-125
• 5.1 基于光纤环形滤波技术的光纤激光器工作原理86-87
• 5.2 基于有源光纤环形滤波结构的掺铒光纤激光器87-103
• 5.2.1 系统设计及工作原理87-90
• 5.2.2 激光光谱输出特性分析90-94
• 5.2.3 输出激光线宽测试94-97
• 5.2.4 双波长可调谐掺铒光纤激光器97-103
• 5.3 基于保偏光纤环形滤波器的环形腔结构多波长掺铒光纤激光器103-115
• 5.3.1 系统设计及工作原理103-104
• 5.3.2 激光光谱输出特性分析104-110
• 5.3.3 改进结构的掺铒光纤激光器110-115
• 5.4 基于Sagnac环形滤波器的线形腔结构多波长掺铒光纤激光器115-124
• 5.4.1 系统设计及工作原理116
• 5.4.2 激光光谱输出特性分析116-124
• 5.5 本章小结124-125
• 第六章 基于光纤模间干涉滤波技术的单频掺铒光纤激光器125-137
• 6.1 基于光纤模间干涉滤波技术的原理125-126
• 6.2 基于细芯光纤滤波的环形腔结构双波长光纤激光器126-130
• 6.2.1 系统设计结构及工作原理126-127
• 6.2.2 激光光谱输出特性分析127-130
• 6.3 基于细芯光纤滤波的线形腔结构双波长光纤激光器130-136
• 6.3.1 系统设计结构及工作原理130-131
• 6.3.2 激光光谱输出特性分析131-135
• 6.3.3 双波长激光线宽测试135-136
• 6.4 本章小结136-137
• 第七章 窄线宽掺铥光纤激光器137-144
• 7.1 掺铥光纤激光器技术137
• 7.2 掺铥光纤发光特性137-138
• 7.3 多波长窄线宽掺铥光纤激光器138-143
• 7.3.1 系统设计结构及工作原理138-139
• 7.3.2 激光光谱输出特性分析139-143
• 7.4 本章小结143-144
• 第八章 全文总结与展望144-147
• 8.1 论文工作总结144-145
• 8.2 论文工作创新点145
• 8.3 工作展望145-147
• 参考文献147-158
• 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况158-159

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4 本报记者 胡Z，

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