用于空间碎片探测的光纤激光器研究

摘要

光纤激光器是以掺稀土元素光纤为增益介质，与半导体激光器相比，具有增益特性好，转换效率高、输出光束质量好、与光学通信系统便于兼容等特点；与传统固体激光器相比，具有体积小、重量轻等优点。正是由于这些优点，本文才根据空间碎片探测的要求来研究光纤激光器。本文主要围绕掺铒锁模光纤激光器和双包层掺镱光纤激光器，并结合实验室现有条件进行了如下工作： 首先，本文参考了Ido.Kelson等人的数学模型，对大功率掺镱双包层光纤激光器的性能做了数学分析和数值模拟,得到了一些对实际有帮助的结论。 其次，本文研究了光纤激光器锁模物理机制，对比分析了各种锁模技术优缺点，根据锁模光纤激光器腔体结构，总结讨论了其中的四种。又从时域锁模方程出发，分析了利用非线性偏振旋转效应来实现锁模的物理机制，详细讨论了腔体损耗、色散、自相位调制，自幅度调制等对脉冲的影响。实验中采用EDFA（掺铒光纤放大器）作为增益介质，EDFA 与PBS（偏振分束器）、PC（偏振控制器）等器件构成了锁模光纤激光器，获得了比较稳定的，重复频率为3.125MHZ，中心波长在1564nm 附近，3dB 带宽约为0.46nm 以及平均功率约为4.2μW的脉冲序列。 最后，利用PC和PBS 作为波长调谐器件，使得输出波长从1548.2nm 到1563.2nm之间连续变化，调谐范围为15nm，实验中还可以看到双波长输出现象。并利用琼斯矩阵分析了该光纤激光器实现可调谐输出及双波长产生的机理。通过数值模拟，发现上述理论可以很好地解释实验结果。