高性能掺杂石英光纤及光纤激光器研究

论文摘要

本文首先扼要介绍了目前光通信用掺铒光纤的研究近况以及近年来新兴起的铋掺杂光纤的研究背景,对目前不同类型掺铒光纤的性能和优缺点进行了分析讨论,对应用铒光纤制备单频光纤激光器的结构、原理和发展历史等进行了介绍。同时对目前在光通信波段可能具备宽带放大特性和潜在应用价值的铋光纤的研究现状进行了介绍。本文对铒掺杂线性腔结构的光纤激光器理论进行了分析,并做了相应计算,分析了铒光纤激光器研制过程中各参数的影响和作用,并对研制激光器用的FBG、特别是耐高温FBG的理论做了简单的阐述。成功地制备了新型的铒铋铝共掺的石英光纤,经性能测试分析,发现其具备高吸收系数和高荧光效率。利用2cm长度的此种光纤成功研制了线性腔结构单频光纤激光器,经测量线宽小于1kHz,旁模抑制比优于30dB,输出功率0.62mW。采用MOPA结构放大上述的单频光纤激光器,有效地利用了泵浦源,并使单频激光输出功率提高到了105mW,斜率效率达23%。结合本研究室以前研究的耐高温FBG,利用它作为光纤激光器的腔镜,研制了耐高温的紧凑型光纤激光温度传感系统,适合于大工作温度范围的传感应用。经测试,该系统适用于从室温至400℃温度范围内的传感应用,温度测量精度高于0.1℃。通过对铝共掺杂与不共掺杂两种铋掺杂石英光纤的性能研究分析,以及利用此类光纤研制光纤激光器的实验经验,得出,影响目前铋掺杂石英光纤激光器性能低下的原因可能是近红外荧光和可见光荧光发光中心不同的结论。发现在两种光纤,特别是不共掺铝的铋光纤中存在着强烈的荧光上转换现象。由此得出,如果能合理地配置该类铋掺杂光纤的成分,就有希望将更多的发光中心转移到近红外发光中去,从而提高铋掺杂石英光纤的发光性能,进一步提高铋光纤激光器的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高性能掺杂石英光纤
• 1.2 铒掺杂光纤
• 1.3 铒光纤激光器
• 1.3.1 掺铒光纤激光器的研究与发展
• 1.3.2 单频铒光纤激光器的研制
• 1.4 铋掺杂石英光纤
• 1.5 本研究项目的目标和意义
• 1.6 本论文的结构
• 1.7 本章小结
• 1.8 参考文献
• 3+光纤激光器结构及耐高温FBG理论基础'>第2章 Er³⁺光纤激光器结构及耐高温FBG理论基础
• 3+的能级结构'>2.1 E³⁺的能级结构
• 3+掺杂光纤激光器输出特性理论分析'>2.2 E³⁺掺杂光纤激光器输出特性理论分析
• 2.3 激光线宽理论
• 2.4 光纤光栅
• 2.4.1 光纤光栅简介
• 2.4.2 光纤光栅的制作
• 2.5 耐高温FBG的理论
• 2.6 本章小结
• 2.7 参考文献
• 第3章 高性能铒掺杂石英光纤制备及耐高温单频光纤激光器研制
• 3+离子高掺杂石英光纤的制备及特性'>3.1 E³⁺离子高掺杂石英光纤的制备及特性
• 3.1.1 光纤的制备方法
• 3.1.2 铒掺杂光纤的制备
• 3.1.3 光纤的性能测试
• 3.1.4 铒掺杂光纤的上转换
• 3.1.5 光纤性能小结
• 3.2 单频铒掺杂石英光纤激光器用FBG的制备
• 3.3 线性腔窄线宽单频光纤激光器的研制
• 3.3.1 实验选用的泵浦光源
• 3.3.2 窄线宽单频光纤激光器的研制
• 3.4 线宽的测量手段
• 3.5 MOPA结构的单频光纤激光器
• 3.6 适用于大温度范围的单频光纤激光传感系统
• 3.7 本章小结
• 3.8 参考文献
• 第4章 高性能铋掺杂石英光纤及其光纤激光器研究
• 4.1 铋掺杂石英光纤的研制背景
• 4.2 铋掺杂石英光纤的吸收光谱性能测试
• 4.2.1 吸收谱线的测量
• 4.2.2 吸收谱线的分析
• 4.3 铋掺杂石英光纤荧光特性研究
• 4.4 铋光纤性能分析
• 4.5 铋掺杂石英光纤激光器的实验研究
• 4.6 本章小结
• 4.7 参考文献
• 第5章 总结
• 5.1 成果总结
• 5.2 主要创新点
• 5.3 后续工作和展望
• 5.4 参考文献
• 攻读博士学位期间主要的研究成果
• 致谢