基于准π相移光栅单频窄线宽光纤激光器的研制

摘要

与其它传统的激光器相比，光纤激光器结构紧凑，耦合效率高，抽运阈值低，可以调谐的波长很宽，散热效果好，体积小结构轻等众多优点，现如今已经在现代光通信系统，军事，精密加工，医疗器械等各个领域应用广泛。光纤激光器是当前激光器研究的热点，目前，光纤激光器的研究重点主要集中在压窄线宽、提高输出功率以及实现可调谐多波长输出等方面。窄线宽光纤激光器是光纤激光器发展重要方向之一，除了前面已经叙述过的光纤激光器的优点之外，窄线宽光纤激光器还具有线宽窄、容易实现高功率激光输出、相干长度超长而且运作时噪声水平低，工作安静等其他传统激光器难以达到的优点，使得窄线宽光纤激光器在光纤遥感、远程光纤通信、高精度光谱以及光纤传感系统等很多方面都有应用，市场前景广阔。
　　本论文以1550nm窄线宽光纤激光器为研究目标，研究了基于准π相移光纤光栅的窄线宽光纤激光器的设计，研究内容包括:窄线宽激光器结构的设计，准π相移光纤光栅的理论推导和制作，980nm泵浦激光的激光器驱动制作以及窄线宽激光器激光线宽测量，其中准π相移光纤光栅的理论推导和制作结构的设计是研究重点，主要研究工作分为以下几点:
　　1.研究了窄线宽光纤激光器的技术背景以及窄线宽光纤激光器国内外研究现状，简述了光纤激光器的基本原理和特性，分析了掺Er3+光纤激光器的基本工作原理，介绍了实现单频窄线宽光纤激光器的几种方法及其优缺点。
　　2.提出了利用准π相移光纤光栅制作窄线宽光纤激光器，研究了准π相移光纤光栅的反射特性以及各参数之间的关系，分析了影响相移光纤光栅透射波长的因素，另外制作出了准π相移光纤光栅用于搭建实用化的窄线宽光纤激光器。
　　3.自制了980nm的泵浦激光器并搭建了基于准π相移光纤光栅制作的窄线宽光纤激光器，激光器工作波长为1550.558nm，并对激光器线宽进行了测量，得到了100kHz的线宽。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 窄线宽光纤激光器的应用

1．2．1 激光指示和军事测距

1．2．2 光纤通讯

1．2．3 石油管道预警系统

1．2．4 光时域反射计(OTDR)

1．3 国内外究窄线宽光纤激光器的发展

1．4 本课题研究的内容和各章节工作安排

2 掺铒窄线宽光纤激光器的工作原理

2．1 掺铒窄线宽光纤激光器的基本理论

2．1．1 Er3+离子能级结构和光谱特性

2．2 单频窄线宽的原理

2．3 窄线宽光纤激光器的实现方法

2．3．1 线形腔

2．3．2 环形腔

2．2．3 偏振非相干技术(扭模技术)

2．3．4 饱和吸收体技术

2．3．5 实现窄线宽光纤激光器的几种方案比较

2．4 窄线宽光纤激光器的关键技术分析

2．4．1 稀土掺杂光纤

2．4．2 LD泵浦与温控技术

2．4．3 光纤光栅技术

2．5 本章小结

3 980nm激光二极管泵浦光源驱动制作

3．1 激光二极管驱动电源设计要求分析

3．1．1 对驱动电流If的要求

3．1．2 对温度的要求

3．1．3 激光二极管的安全性要求

3．1．4 半导体激光器的驱动技术

3．2 防电流冲击保护电路

3．3 温控单元

3．4 总体电路设计

3．5 软件设计

3．6 本章小结

4 相移光纤光栅(Phase-shifted fiber Bragg grating，PSFBG)

4．1 相移光纤光栅理论分析

4．2 光纤光栅制作系统以及载氢装置

4．2．1 光纤光栅制作系统

4．2．2 载氢装置

4．3 准π相移光纤光栅的实验结果

4．4 本章小结

5 基于准π相移光纤光栅窄线宽光纤激光器

5．1 窄线宽光纤激光器的泵浦方案设计

5．2 窄线宽光纤激光器整体样机

5．3 零拍法测线宽

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢

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