主动相干合成中光纤放大器相位噪声的研究

论文摘要

基于光纤放大器的主动相干合成技术是获得高功率、高光束质量激光输出的重要途径。前期研究表明,欲获得良好合成效果,必须对各路阵元激光之间的相对相位噪声实施校正或补偿。目前,对相干合成系统相位噪声的研究还比较零散、薄弱,不能满足多路数、大功率激光相干合成的需要,因此,有必要对相位噪声开展系统、深入的研究。本文针对光纤放大器主动相干合成系统中的相位噪声,从测量手段、分析方法以及影响相位噪声的因素出发进行了研究。论文主要工作包括:1、对相位测量方法进行了归纳、总结,对外差法和多抖动法进行了描述和理论推导,对直流测量法的适用性进行了分析。比较发现,外差法灵敏度高,但对实验条件要求也高;多抖动法相对简单,但测量多路系统噪声时设备规模显著增加;直流测量法最为简便,尤其是对多路合成系统,但结果比较粗略。2、针对相位噪声的随机性,引入随机信号的分析方法,除了常用的功率谱、积分谱,还借鉴大气光学的做法,在国内率先引进结构函数,从不同侧面对相位噪声进行分析,力求对相位噪声有更全面的认识。3、针对不同功率级别的合成系统,包括瓦级、十瓦级、百瓦级等系统,进行了一系列相位噪声测量实验,分析了各种因素对系统相位噪声的影响。结果表明,光纤放大器泵浦电流的起伏是产生相位波动的主要原因,随着泵浦功率的提高,高频噪声(千赫兹)明显增多;外界声波和机械振动会给相干合成系统引入中低频相位噪声;多路十瓦级光纤放大器系统的带宽与单路光纤放大器的带宽具有较好的一致性。分析表明,百瓦级光纤放大器合成系统的相位控制带宽约需要3.1kHz,采用合适的相位校正方法可以有效地补偿百瓦级光纤放大器引入的相位噪声,研究结果为高功率光纤放大器的主动相干合成提供了指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外相关领域的研究现状
• 1.3 论文内容与组织结构
• 第二章 相位噪声的测量方法
• 2.1 交流测量法
• 2.1.1 外差法
• 2.1.2 多抖动法
• 2.2 直流测量法
• 2.2.1 直流测量的原理
• 2.2.2 直流测量的特点
• 2.3 本章小结
• 第三章 相位噪声的分析方法
• 3.1 分析方法介绍
• 3.1.1 功率谱
• 3.1.2 积分谱
• 3.1.3 结构函数
• 3.2 分析方法实例
• 3.3 本章小结
• 第四章 相干合成系统相位噪声的实验测量
• 4.1 两路小功率光纤激光器相位噪声测量
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验结果及分析
• 4.2 两路小功率放大器系统的相位噪声测量
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.3 强泵浦光纤放大器的相位噪声测量
• 4.3.1 实验装置
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.3.2.1 功率谱分析相位噪声
• 4.3.2.2 积分谱分析相位噪声
• 4.3.2.3 结构函数法分析相位噪声
• 4.3.2.4 实验总结
• 4.4 多路十瓦级光纤放大器相位噪声一致性的测量
• 4.4.1 实验装置
• 4.4.2 实验结果及分析
• 4.4.3 实验结论
• 4.5 本章小结
• 第五章 工作总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文