论文摘要
光纤激光器具有低阈值、低噪声、高信噪比、高稳定度和高集成化等优点,在光纤通信系统、相干检测系统、相位型光纤传感系统及光谱学等领域中有着广泛的应用。镱离子具有能级结构简单且能级之间相距较远的特点,因此难以发生无辐射交叉弛豫和浓度猝灭,在抽运波长和激光波长处也不存在激发态吸收,近年来成为传感领域和通信领域研究的热点。本文围绕1.06μm掺镱磷酸盐光纤激光器开展了大量的理论和实验研究:探讨了光纤激光器的纵模横模选择技术,并对1.06μm掺镱磷酸盐光纤激光器的谐振腔结构进行了设计。利用镱离子能级跃迁模型,针对自制的掺镱单模磷酸盐光纤,采用速率方程和传输方程对光纤激光器工作过程进行了数值模拟,分析了抽运光和信号光沿光纤轴向的分布情况,以及不同抽运波长、镱离子掺杂浓度、散射损耗和腔镜反射率对激光器输出特性的影响。对激光器弛豫振荡噪声的理论原理进行分析,采用计算机模拟分析不同的光纤长度、腔内损耗和抽运功率对弛豫振荡噪声的影响,并提出了相应的降噪方案。对实验中所采用的各个光学元器件进行性能测量和分析,确保光纤激光器处于最佳工作状态。并在不同谐振腔结构下,利用不同长度的自制掺镱单模磷酸盐光纤作为增益介质,获得了稳定的激光光谱性能和噪声性能。为了获得较大的纵模间隔,目前实现最佳性能的光纤激光器采用单模975nm LD作为抽运源,利用光纤光栅、二色镜、2cm长自制的掺镱单模磷酸盐光纤组成谐振腔,构成了单纵模光纤激光器。该激光器抽运阈值为30mW,最高输出功率达55mW,斜率效率为9.5%,输出激光的中心波长为1063.5nm。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 光纤激光器的分类和应用1.3 单纵模光纤激光器的技术方案1.3.1 实现单纵模光纤激光器的常用技术方案1.3.2 单纵模光纤激光器的常用腔型1.4 1.06μm波长的应用范围1.5 掺镱单纵模光纤激光器国内外研究进展1.6 本论文章节安排第二章 单纵模光纤激光器谐振腔结构的研究与设计2.1 单纵模光纤激光器谐振腔结构理论2.1.1 模式的概念,激光谐振腔与模式的一般联系2.1.2 横模的形成2.2 横模选择技术2.2.1 横模选择原理2.2.2 横模选择方法2.3 纵模选择技术2.3.1 纵模选择原理2.3.2 纵模选择方法2.4 掺镱磷酸盐单纵模光纤激光器的设计2.4.1 横模选择方案2.4.2 纵模选择方案2.5 本章小结第三章 掺镱磷酸盐光纤激光器理论分析3.1 引言3.2 自制单包层掺镱磷酸盐光纤3.3 镱离子能级结构介绍3.4 掺镱单包层磷酸盐光纤激光器输出特性3.4.1 镱离子速率方程的建立3.4.2 解析解求解3.4.3 数值解分析3.5 光纤激光器噪声特性研究3.5.1 理论3.5.2 理论模拟分析3.5.3 降低噪声的方案3.6 本章小结第四章 掺镱磷酸盐光纤激光器实验研究4.1 光纤激光器外部元器件实验研究4.1.1 抽运源稳定性测量4.1.2 光栅性能测量4.1.3 端面处理与测量4.2 掺镱磷酸盐光纤荧光光谱测量4.2.1 实验装置4.2.2 实验结果分析4.3 双光栅结构光纤激光器实验研究4.3.1 L=2cm掺镱磷酸盐光纤4.3.2 L=6cm掺镱磷酸盐光纤4.3.3 L=8cm掺镱磷酸盐光纤4.3.4 不同光纤长度下双光栅结构光纤激光器实验结果对比与分析4.4 光栅+腔镜光纤激光器实验研究4.4.1 L=1.4cm光纤光栅+腔镜光纤激光器4.4.2 L=2.0cm光纤光栅+腔镜光纤激光器4.4.3 结果对比分析4.4.4 L=2cm 光栅+腔镜光纤激光器相对强度噪声及稳定性测量4.4.5 小结4.5 激光器研制下一步需要解决的问题4.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文致谢附件
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