窄线宽掺铒光纤激光器的理论和实验研究

论文摘要

窄线宽激光器在高精度光谱以及远距离传输方面有着很广的应用,同时又是长腔M-Z干涉仪传感器所必须的光源。本文就影响光纤激光器线宽的主要因素及其特性进行理论和实验研究,主要工作体现在：1.提出了一种新型的环形腔掺铒光纤激光器的结构模型,使用FBG F-P标准具和FBG Sagnac环作为两边的腔镜来提供正反馈和模式选择,结构由于大大改善了两边腔镜的透射和滤波性能,易于实现单纵模窄线宽的激光输出。2.从耦合模方程出发,导出了FBG F-P标准具和FBG Sagnac环的透射谱表达式,仿真分析了其透射谱特性并进行了参数优化。3.选择FBG Sagnac环光滤波器和FBG F-P标准具的最优化参数,从激光器的速率方程和传播方程出发,求解出了激光器的阈值功率,输出功率的解析表达式。结合优化的腔长,仿真分析了单纵模窄线宽光纤激光器的输出特性。4.建立了掺铒光纤激光器的实验系统。使用6.5m长的D型掺铒光纤,抽运阈值功率15mw,斜率效率32%,边模抑制比大于50dB,线宽小于0.1nm,波长漂移范围小于0.01nm的窄线宽单纵模激光输出。

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ABSTRACT

1 引言

1.1 光纤激光器的发展

1.2 光纤激光器的特点

1.3 光纤激光器的主要分类

1.3.1 稀土掺杂光纤激光器

1.3.2 光纤光栅激光器

1.3.3 其他种类光纤激光器

1.4 本文的主要工作

2 掺铒光纤激光器的基本结构

2.1 掺铒光纤激光器的基本原理

2.1.1 双包层光纤的结构特性

2.1.2 掺铒光纤的能级结构

2.1.3 泵浦源的选择

2.2 掺铒光纤激光器实现窄线宽输出的主要技术手段

2.2.1 环腔光纤激光器

2.2.2 直腔光纤激光器

2.3 本章小结

3 光滤波器的理论推导和数值仿真

3.1 FBG的F-P标准具的理论分析和数值仿真

3.1.1 FBG的数值分析和仿真

3.1.2 FBG的F-P标准具的理论推导

3.1.3 FBG的F-P标准具的数值分析

3.2 FBG Sagnac环的数值仿真和分析

3.3 本章小结

4 掺铒光纤激光器的数值仿真

4.1 掺铒光纤激光器的理论推导

4.2 掺铒光纤激光器的数值分析与仿真

4.2.1 激光器参数设定与优化

4.2.2 重叠积分因子对激光器输出特性的影响

4.3 本章小结

5 掺铒光纤激光器的实验研究

5.1 实验前准备工作

5.2 掺铒光纤自发辐射谱的测试

5.3 掺铒光纤激光器的实现

5.3.1 输出特性

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

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