發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 07:20

【摘要】：1.7μm波段光纖激光器在生物成像、激光醫(yī)療、特殊材料加工、有機(jī)物微量測(cè)量、中紅外激光產(chǎn)生等領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用前景,已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本文借助光纖的非線性效應(yīng),設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)研究1.7μm波段的光纖激光器,主要內(nèi)容可分為以下三個(gè)部分:(1)1.7μm波段增益譜的研究首先,從基于離子摻雜光纖和光纖非線性兩方面研究了產(chǎn)生1.7μm波段增益譜的相關(guān)理論。分別分析了Bi~+、Tm~(3+)及銩鈥、銩鋱共摻光纖中離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和光譜特性和基于不同泵浦源下產(chǎn)生增益譜的機(jī)理。其次,根據(jù)理論分析搭建了基于帶通放大自發(fā)輻射(SS-ASE)光源作為泵浦源,通過非線性效應(yīng)產(chǎn)生1.7μm波段增益譜的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。經(jīng)整形優(yōu)化光譜后得到了20dB光譜范圍1570.9-1710.5nm,峰值波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍20nm,峰值功率-35dBm的光譜。此外,設(shè)計(jì)了基于級(jí)聯(lián)調(diào)制器的皮秒脈沖泵浦源,并通過實(shí)驗(yàn)得到了1.7μm波段增益譜。當(dāng)泵浦中心波長(zhǎng)為1565nm,放大后光功率達(dá)到最大,此時(shí)得到20dB光譜范圍1528.6-1910.4nm的最優(yōu)增益光譜。(2)1.7μm波段連續(xù)激光器的實(shí)驗(yàn)研究理論分析了多種濾波器的濾波性能,而后基于上述ASE泵浦產(chǎn)生的增益譜,搭建環(huán)形腔光纖激光器,實(shí)現(xiàn)了1.7μm波段的可調(diào)諧窄線寬拉曼光纖激光器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,其單激光輸出的中心波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍為1652.1nm-1680.1nm,激光線寬0.0232nm。此外,通過增加泵浦光功率及調(diào)節(jié)偏振控制器(PC),可以獲得最多四個(gè)波長(zhǎng)的穩(wěn)定多波長(zhǎng)激光。(3)1.7μm波段皮秒脈沖激光器的實(shí)驗(yàn)研究基于上述皮秒脈沖泵浦產(chǎn)生的增益譜,再經(jīng)過多次濾波后得到了調(diào)諧范圍為1660.1nm-1703.7nm,脈寬大約為151ps的皮秒脈沖光信號(hào)。另外,設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)研究得到了基于單調(diào)制器的1.7μm波段可切換單/雙脈沖皮秒脈沖源,通過調(diào)節(jié)調(diào)制器直流偏置切換單雙脈沖形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,其20dB光譜范圍為1593.1nm-1925.9nm,峰值波長(zhǎng)為1729.6nm。當(dāng)泵浦源的重復(fù)頻率從170MHz到2GHz時(shí),對(duì)應(yīng)雙脈沖的脈寬在60ps到180ps之間。此外,還分析了不同重復(fù)頻率下產(chǎn)生信號(hào)的噪聲特性。所得的連續(xù)激光器作為中紅外波段激光的泵浦源能夠有效降低量子虧損;所得的皮秒脈沖激光器作為光學(xué)層析成像的光源可以提高成像的深度。以上研究?jī)?nèi)容對(duì)1.7μm波段光纖激光器的研究與應(yīng)用具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

光纖激光器技術(shù)受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。近幾年，關(guān)于1.7μm波段光源的報(bào)道日益增多。因?yàn)?.7μm波段處于近紅外波段的特殊位置，所以具有特殊的光譜特性。如圖1.1所示，該波段位于兩個(gè)水分子吸收峰之間的波谷，因此在生物組織中具有低瑞利散射特性，從而能夠增強(qiáng)生物成像中的成像對(duì)比度。同時(shí)，對(duì)脂肪和膠原有較強(qiáng)的吸收作用。所以，被廣泛應(yīng)用于光聲成像、光學(xué)相干層析成像(OCT)、激光探測(cè)等領(lǐng)域[1-6]。特殊的是1.7μm波段光源能夠有效提升OCT的動(dòng)態(tài)范圍，以及減緩探測(cè)靈敏度隨成像深度增加而呈現(xiàn)出的下降趨勢(shì)。此外，該波段還涵蓋了C-H 共價(jià)鍵的吸收峰，所以1.7μm波段光源在工業(yè)加工、有機(jī)物檢測(cè)等領(lǐng)域[7-10]也得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于輸出功率較大的1.7μm波段激光器可作用實(shí)現(xiàn)3-5μm波段等中紅外激光器的泵浦源[11-12]。與其它泵浦波長(zhǎng)(808nm，1.3μm)相比，1.7μm波段的泵浦能更容易產(chǎn)生4μm波段的激光并能降低量子虧損[13]。伴隨著近些年通信領(lǐng)域的不斷拓寬和發(fā)展

研究 1.7μm 波段的光纖激光器首先要研究其相應(yīng)的增益譜。2006 年，D.Y. Sh人第一次測(cè)得 1.7μm 波段的增益光譜，從此 1.7μm 波段逐漸走入人們的視野，來越多的關(guān)注。剛開始大多實(shí)驗(yàn)組考慮利用泵浦摻雜光纖的方法來實(shí)現(xiàn)增益譜多是應(yīng)用泵浦摻銩光纖或銩鈥共摻光纖等，得到增益譜后再經(jīng)過濾波來實(shí)現(xiàn) 1.段的增益光譜。但考慮到 1.7 μm 波段處于泵浦摻銩光纖產(chǎn)生增益譜的相對(duì)邊緣經(jīng)濾波后得到的增益譜不會(huì)具有很高的輸出功率，而摻鉍光纖是一種近幾年才適用于 1.7μm 波段的摻雜光纖，不過摻鉍光纖制備困難，造價(jià)昂貴。因此考慮產(chǎn)生 1.7μm 波段增益譜的方法 基于非線性效應(yīng)。通過 1550nm 光源泵浦非纖來實(shí)現(xiàn)，但由于轉(zhuǎn)換效率低等原因，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)大于 1750nm 的激光輸出較為困體增益譜的研究如下：2011 年，日本大阪大學(xué) Takefumi Ohta 等人以中心波長(zhǎng) 1560nm 的被動(dòng)鎖模纖激光器作為種子源，正色散高非線性光纖(ND-HNLF)作為增益介質(zhì)，并添加纖（PMF）用以整形優(yōu)化脈沖質(zhì)量后，得到了譜寬為 358nm、輸出光功率為 30 1.7μm 波段寬帶光源[26]。其結(jié)構(gòu)和輸出光譜如圖 1.2 所示。此外，該課題組依寬帶光源進(jìn)行了相關(guān)生物成像實(shí)驗(yàn)[26-28]。

第 1 章 緒論2012 年，韓國(guó)光子技術(shù)研究所 Byung Sup Rho 等人采用基于非線性效應(yīng)的方法，通過 1550nm 波段大功率放大自發(fā)輻射(ASE)光源抽運(yùn)非線性增益介質(zhì)后獲得輸出功率為 500mW，譜寬為 210nm 的 1.7μm 波段寬帶光源[29]。其結(jié)構(gòu)和輸出光譜如圖 1.所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2750122