双频微片激光器功率均衡放大机制

摘要

伴随着爆炸式的信息增长，面对人类日益增长的信息交互需求，通信行业一直致力于寻找新的信息载体，以缓解现如今电磁频谱资源稀缺所带来的压力。向高频进军一直都是业界关注的重点方向。近年来涌现的4G无线通信系统以及其他无线产品大规模应用，使得吉赫兹分米波频段资源变得更为紧张。光载无线通信技术（ROF）以及光生毫米波技术的不断发展，使得对毫米波频段的资源利用成为了一项热门的课题。在光生毫米波技术的众多实验手段中，光外差拍频是一种简单易行的实现方法。双频微片激光器作为一种能够输出高相干度、大频差双频激光的优质激光源，是光外差拍频系统的一个重要组成部分。
　　光外差拍频技术的特点，要求双频激光器能够输出功率均衡，高输出功率的双频激光，本文的内容便围绕这两个议题展开：
　　（1）对毫米波波段以及相关技术背景与前景作了介绍；简要叙述了光生毫米波的几种实现方法，对双频激光光外差拍频法原理的优势进行了说明；之后对微片激光器及MOPA放大系统的近年来研究成果进行了概述。
　　（2）围绕激光原理以及微片激光器的架构分析了4Nd:YVO四能级系统的速率方程、增益系数曲线、增益饱和及双频振荡等内容；基于4Nd:YVO材料的热力学特性，对微片激光器的输出纵模调谐性能做了理论研究。
　　（3）对4Nd:YVO放大器的二级放大机制进行了研究。针对放大器的小信号增益特性、饱和增益特性、放大器结构选择、泵浦光与输入信号光的匹配进行了分析。理论分析结果说明，行波单通二级级联的放大器结构相比双通放大结构，在增益效率、热管理、输出光束质量上具备更大的优势。针对输入信号光和放大器泵浦光之间的光束匹配，以及输入信号光与放大器增益曲线的频谱匹配，进行了理论推导与阐述。
　　（4）搭建MOPA实验装置，引入具备优良冷却性能的TEC温控系统以及透镜组，通过温度调谐与泵浦光束聚焦，获得了良好的频率匹配与光束匹配。当谐振腔温度Tc稳定在16℃时，实现了双频功率均衡的放大激光，总功率为16.1W，双纵模功率比为0.98，频差为53.2GHz，光束质量因数M2=1.20。

目录

声明

第1章 绪论

1.1选题背景与意义

1.2 双频微片激光器与MOPA放大器

1.3 论文研究内容总览

第2章 LD泵浦双频微片激光器

2.1 激光原理

2.2 LD泵浦双频微片激光器

2.3 温度调谐

2.5 小结

第3章 MOPA放大器

3.1放大原理

3.2二级放大 vs. 双通放大

3.3与双频微片激光器的匹配

3.4 小结

第4章 MOPA双频功率均衡激光输出的实现

4.1 实验装置

4.2 放大实验结果及分析

4.3 小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录