磷酸盐单频光纤激光器噪声机理及其抑制技术研究

发布时间：2017-07-31 02:19

  本文关键词：磷酸盐单频光纤激光器噪声机理及其抑制技术研究

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【摘要】：近二十年来,单频光纤激光器因其在相干光通信、光纤干涉传感以及相干合束等应用领域中的绝对竞争优势,而获得了举世瞩目的发展。目前,研究人员仍致力于提高单频光纤激光器的性能,以不断提高其应用水平并开发出新的应用领域。而噪声性能作为单频光纤激光器的重要指标,是限制其应用水平的关键因素。磷酸盐单频光纤激光器作为当下单频激光技术的重要成果,对其具体噪声性能以及抑制技术的研究具有重要意义。本论文针对短腔高增益磷酸盐单频光纤激光器,深入研究其噪声机理并探索新型噪声抑制技术,取得研究成果如下:分析了高增益磷酸盐单频光纤激光器中的强度噪声机理,并在实验上对其中的自发辐射(ASE)噪声成分进行了验证。建立了高增益磷酸盐单频光纤激光器中泵浦诱导产生的频率噪声(自热噪声)理论模型,获得相应的激光频率噪声表达式。同时,分析了低功率状态下ASE效应对频率噪声的影响机理。通过搭建磷酸盐单频光纤激光器系统分别对自热噪声与ASE噪声进行了验证。最后,分析了高增益单频光纤激光器中强度噪声与频率噪声在低频段的耦合机理,通过设计相关实验对其进行了验证。基于单频激光频率噪声与线宽之间的关系,采用损耗补偿的循环延时自外差法对高增益磷酸盐单频光纤激光器的频率噪声与线宽特性进行研究,并对自热噪声与ASE噪声进行了验证。另外,利用该方法对1.0微米波段的单频激光线宽进行测量,用6 km的延时光纤实现了3 k Hz的测量精度。采用液晶装置对单频光纤激光器的低频强度噪声进行了抑制,在0.25-1 k Hz的频段内最大噪声抑制程度达到了10 d B以上,并且在1 k Hz频率处的相对强度噪声值小于-140d B/Hz;利用半导体光放大器(SOA)在饱和状态下的非线性放大特性,对单频激光强度噪声在0.2-5 MHz内整体实现了20 d B的抑制。并基于SOA对单频激光非线性放大过程的被动噪声抑制效应,提出级联两个SOA的强度噪声抑制方案,噪声抑制带宽达到50 MHz以上,并对激光驰豫振荡峰实现了30 d B的抑制。设计并构建了单频光纤激光器的前向与后向自注入锁定结构,对频率噪声与线宽均实现了较大程度的抑制。基于自注入锁定激光器系统中强度噪声的递归叠加特性,以及SOA对单频激光非线性放大过程的被动噪声抑制特性,设计并搭建了结合SOA的单频光纤激光自注入锁定系统,实现了激光频率与强度噪声的全光大频带大幅度抑制。其中频率噪声被抑制达25 d B,线宽从3.5 k Hz被压缩到700 Hz。强度噪声的抑制带宽达到了30 MHz,且RIN值在1.5-3 MHz的频段内高出散粒噪声极限不足5 d B。驰豫振荡峰从1 MHz附近移向200 k Hz,其峰值幅度从-90 d B/Hz到-125 d B/Hz被抑制了35 d B。
【关键词】：光纤激光器 单频 强度噪声 频率噪声 噪声抑制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 磷酸盐单频光纤激光器概述12-17
• 1.1.1 单频光纤激光腔结构12-14
• 1.1.2 磷酸盐单频光纤激光器研究进展14-17
• 1.2 单频激光噪声研究现状17-26
• 1.2.1 单频激光噪声起源17
• 1.2.2 强度噪声研究现状17-22
• 1.2.2.1 强度噪声理论基础17-19
• 1.2.2.2 光纤激光器与固体激光器的强度噪声对比分析19-21
• 1.2.2.3 单频激光强度噪声抑制技术21-22
• 1.2.3 频率噪声研究现状22-26
• 1.2.3.1 频率噪声理论基础22-24
• 1.2.3.2 光纤激光器与固体激光器的频率噪声对比分析24-25
• 1.2.3.3 单频激光频率噪声抑制技术25-26
• 1.3 噪声表征及其测试方法26-29
• 1.3.1 强度噪声26-28
• 1.3.2 频率噪声与线宽28-29
• 1.4 本课题来源、研究目的和意义29-30
• 1.4.1 本课题来源29
• 1.4.2 本课题的研究目的和意义29-30
• 1.5 本课题的研究内容及论文结构30-32
• 第二章 高增益单频光纤激光器噪声机理研究32-52
• 2.1 强度噪声机理32-37
• 2.1.1 机理分析32-34
• 2.1.2 实验验证34-37
• 2.2 频率噪声机理37-48
• 2.2.1 自热噪声37-43
• 2.2.1.1 理论模型37-40
• 2.2.1.2 理论结果分析与讨论40-43
• 2.2.2 ASE噪声43-44
• 2.2.3 实验验证44-48
• 2.2.3.1 自热噪声的验证44-46
• 2.2.3.2 ASE噪声的验证46-48
• 2.3 强度噪声与频率噪声的耦合48-51
• 2.3.1 耦合机理分析48
• 2.3.2 实验验证48-51
• 2.4 本章小结51-52
• 第三章 高增益单频光纤激光器频率噪声特性52-65
• 3.1 引言52
• 3.2 单频激光频率噪声与线宽之间的关系52-56
• 3.3 损耗补偿的循环延时自外差法56-64
• 3.3.1 实验装置57-59
• 3.3.2 结果与讨论59-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第四章 单频光纤激光器强度噪声抑制技术研究65-82
• 4.1 基于液晶装置抑制低频强度噪声65-68
• 4.1.1 实验装置65-66
• 4.1.2 结果与讨论66-68
• 4.2 基于半导体光放大器（SOA）抑制激光强度噪声68-81
• 4.2.1 SOA的噪声性能69-71
• 4.2.2 基于SOA的强度噪声抑制实验71-76
• 4.2.3 SOA中的自发辐射（ASE）问题76-79
• 4.2.4 级联SOA的强度噪声抑制方案79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第五章 单频光纤激光器强度噪声与频率噪声同时抑制技术研究82-99
• 5.1 引言82
• 5.2 基于自注入锁定法抑制激光噪声82-93
• 5.2.1 自注入锁定技术概述82-84
• 5.2.2 前向自注入锁定84-90
• 5.2.2.1 实验装置84-85
• 5.2.2.2 频率噪声与线宽抑制85-86
• 5.2.2.3 强度噪声性能86-89
• 5.2.2.4 自注入锁定条件分析89-90
• 5.2.3 后向自注入锁定90-93
• 5.2.3.1 实验装置90
• 5.2.3.2 结果与讨论90-93
• 5.3 结合SOA与自注入锁定法的全光噪声抑制技术93-98
• 5.3.1 实验思路93
• 5.3.2 实验装置93-94
• 5.3.3 结果与讨论94-98
• 5.4 本章小结98-99
• 结论与展望99-101
• 结论99-100
• 展望100-101
• 参考文献101-117
• 攻读博士学位期间取得的研究成果117-120
• 致谢120-121
• 附件121

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张靖,马红亮,王润林,张宽收,谢常德,彭X墀;光电负反馈抑制全固化单频激光器的强度噪声[J];光学学报;2001年09期

2 夏江珍,瞿荣辉,蔡海文,陈高庭,方祖捷;光纤激光器弛豫振荡特性研究[J];中国激光;2004年07期

3 张飞;朱军;汪辉;杨珂;马良川;俞本立;;光电反馈抑制掺铒光纤激光器的低频强度噪声[J];量子电子学报;2012年03期

4 梁旭;王云祥;邱琪;邓珠峰;苏君;郭勇;;非平面环形腔激光器的强度噪声及其抑制[J];中国激光;2012年12期

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本文编号：597065