2μm波段激光线宽测量系统的相位噪声提取理论研究

摘要

2μm波段的光纤激光器因为其波段特性在医学、光通讯、超快光学、遥感技术、雷达和生物医学等领域显示出了重要的应用前景，该波段的窄线宽输出激光更是可在自由空间光通信领域发挥更大的优势，有很广阔的应用前景。一个输出稳定的窄线宽激光光源及其性能表征手段在2μm波段空间光网络的研究中是不可或缺的。但是目前还没有任何可测量该波段激光的设备，因此搭建一套面向2μm波段的激光线宽测量系统对空间光通信的深入研究具有重要的学术意义和应用价值。
　　本文面向2μm波段激光线宽的测量，完成了如下主要研究工作:
　　(1)研究了基于3×3耦合器的非平衡干涉仪法激光线宽测量的机理，通过非平衡干涉仪得到输出激光的相位噪声，根据非平衡干涉仪输出特性和相位噪声法测线宽的基本原理，使用数学方法对干涉仪探测数据进行处理，得到相位噪声的功率谱特性，并从中计算获得激光线宽;
　　(2)使用小波降噪、相位解调算法优化、小波谱分析代替传统傅式谱分析等方法，对探测数据数学算法处理过程中造成的误差进行了修正，从而提高了测量准确度;
　　(3)建立了一种基于可饱和吸收体的环形腔单纵模掺铥光纤激光器，搭建了一套2μm波段激光线宽测量系统，并使用优化过的算法对掺铥光纤激光器输出激光线宽进行测量，获得了输出激光的线宽。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1光纤激光器概述

1．1．1光纤激光器结构

1．1．2光纤激光器的应用场景

1．1．3激光的输出波段

1．2 2μm波段光纤激光器概述

1．2．2窄线宽2μm波段激光应用

1．3 2μm波段激光国内外研究现状

1．3．2 2μm波段激光在空间激光通信系统中的研究现状

1．4论文主要工作

2激光线宽窄化及测量

2．1影响线宽的因素

2．2线宽的窄化机制

2．2．1线形腔结构

2．2．2环形腔结构

2．2．3复合腔结构

2．3传统线宽测量方法

2．3．1 F-P标准具测量法

2．3．2拍频法

2．3．3频谱仪测相位噪声法

2．3．4延时自外差法

2．3．5延时自零差法

2．4本章小结

3线宽的测量系统方案设计

3．1相位噪声的表现形式

3．1．1相位噪声的定义

3．1．2相位噪声的表征

3．2非平衡干涉仪结构原理

3．3相位噪声法测量线宽

3．4数据处理结果

3．5本章小结

4数据处理算法优化

4．1 探测数据降噪处理

4．2时域相位解调算法优化

4．3功率谱求解算法优化

4．3．1传统傅式谱的局限性

4．3．2小波分析Mallat算法

4．3．3小波谱原理

4．4本章小结

5实验系统搭建及处理结果

5．1．1线宽测量结果

5．1．2探测信号去噪预处理

5．1．3时域相位解调算法优化

5．1．4功率谱求解算法优化

5．22μm波段激光测量

5．2．12μm波段窄线宽激光器实验成果

5．2．2线宽测量系统实验成果

5．2．3自搭建2μm波段激光线宽测量结果

6结论

6．2未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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