全光纤级联拉曼光纤激光器及其泵浦源实验研究

论文摘要

拉曼光纤激光器是一种基于受激拉曼散射效应的光纤激光器,只要具有合适波长的泵浦源和反馈元件,拉曼光纤激光器可以获得任意波长的激光输出。级联拉曼光纤激光器具有增益介质长、噪声低、调谐范围宽、可同时实现多波长输出和与光纤耦合效率高等优点。级联拉曼光纤激光器用于泵浦光纤拉曼放大器可以在很宽的带宽内实现平坦放大,是光纤拉曼放大器理想的泵浦源。多波长输出的级联拉曼光纤激光器用作光纤通信系统,特别是波分复用系统的信号源,可以减少发射端的激光器数量。本文首先对受激拉曼散射的原理进行了介。然后设计了一个五级级联拉曼光纤激光器系统,包括级联拉曼光纤激光器谐振腔的设计、泵浦源的设计和用于泵浦掺镱光纤激光器的大功率半导体激光器驱动电路的设计,在实验室对所设计系统的各部分特性进行了测试,并对实验结果进行了分析。本论文的主要研究内容如下:（1）对受激拉曼散射的基本原理以及国内在拉曼光纤激光器和掺镱双包层光纤激光器上的研究进展作了介绍。（2）对掺镱石英光纤中镱离子的受激辐射进行了介绍,完成了级联拉曼光纤激光器用大功率泵浦源――掺镱双包层光纤激光器的设计制作。（3）对掺镱双包层光纤激光器的泵浦源――半导体激光器的特性进行了介绍,完成了大功率半导体激光器驱动电路的设计。（4）对Bragg光纤光栅进行了介绍,完成对所使用光纤光栅的实验测试。（5）设计了一个基于线性腔结构的五级级联拉曼光纤激光器,对所设计的激光器进行了测试,并对测试结果进行了分析。（6）对设计的掺镱双包层光纤激光器及大功率半导体激光器的驱动电路进行了测试。测试结果显示,所设计的大功率半导体激光器驱动电路稳定可靠,满足使用要求,级联拉曼光纤激光器第五阶Stokes光的最大输出功率为599mW。文中还对造成级联拉曼光纤激光器泵浦阈值高、光-光转换效率以及斜率效率低的原因进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤激光器的研究现状
• 1.2.1 掺镱双包层光纤激光器研究进展
• 1.2.2 拉曼光纤激光器的研究进展
• 1.3 本文的研究目的和内容
• 第二章 拉曼光纤激光器原理及结构
• 2.1 引言
• 2.2 拉曼散射原理
• 2.2.1 拉曼散射的解释
• 2.2.2 光纤中的拉曼散射
• 2.3 级联拉曼光纤激光器
• 2.3.1 级联拉曼光纤激光器的泵浦源
• 2.3.2 拉曼光纤激光器的增益介质
• 2.3.3 级联拉曼光纤激光器的谐振腔
• 2.4 本章小结
• 第三章 级联拉曼光纤激光器谐振腔设计
• 3.1 引言
• 3.2 拉曼光纤激光器的设计
• 3.2.1 增益光纤
• 3.2.2 光纤光栅
• 3.2.3 光纤光栅的测试
• 3.3 本章小结
• 3+双包层光纤激光器的设计'>第四章 掺Yb³⁺双包层光纤激光器的设计
• 3+光纤中Yb³⁺的受激辐射'>4.1 掺Yb³⁺光纤中Yb³⁺的受激辐射
• 4.1.1 镱离子的能级结构
• 4.1.2 掺Y63+石英光纤中的光跃迁
• 4.2 半导体激光器到光纤的耦合
• 4.2.1 端面耦合
• 4.2.2 侧面耦合
• 3+双包层光纤'>4.3 掺Yb³⁺双包层光纤
• 3+双包层光纤激光器'>4.4 掺Yb³⁺双包层光纤激光器
• 4.5 本章小结
• 第五章 大功率半导体激光器驱动电路设计
• 5.1 引言
• 5.2 半导体激光器
• 5.2.1 半导体激光器的电学特性
• 5.2.2 温度对半导体激光器的影响
• 5.2.3 半导体激光器的致冷
• 5.3 驱动电路设计
• 5.3.1 电路的整体考虑
• 5.3.2 受控恒流源的设计
• 5.3.3 N 型场效应管恒流源设计
• 5.3.4 光功率监测电路的设计
• 5.3.5 致冷电路的设计
• 5.3.6 PCB 设计
• 5.3.7 软件设计
• 5.3.8 控制界面
• 5.4 本章小结
• 第六章 测试结果及结论
• 6.1 半导体激光器驱动电路测试
• 3+双包层光纤激光器测试'>6.2 掺Yb³⁺双包层光纤激光器测试
• 6.2.1 输出功率测试
• 6.2.2 输出光谱测试
• 6.3 级联拉曼光纤激光器测试及分析
• 6.3.1 输出光功率的测试
• 6.3.2 阈值测试
• 6.3.3 级联拉曼光纤激光器的输出光谱
• 6.3.4 级联拉曼光纤激光器测试结果分析
• 6.4 总结
• 6.5 今后工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果