高功率窄線寬線偏振單頻光纖激光器的結構緊湊、穩(wěn)定性好、易操作免維護,在激光雷達、引力波探測、空間光通信、非線性變頻等領域有重要的應用。特別是1.5μm波段kHz線寬的單頻激光,使用非線性晶體將其倍頻到780 nm,并采用銣原子吸收線進行穩(wěn)頻,可獲得長期頻率穩(wěn)定的銣原子操作激光,在基于原子的精密測量領域具有重要價值。再加上其特有的人眼安全、光纖傳輸損耗低、大氣透過率高等優(yōu)勢,近年來得到人們的廣泛關注。采用主振蕩功率放大（MOPA）技術是獲得這種激光源的重要途徑。本論文圍繞1.5μm波段高功率窄線寬的MOPA結構單頻光纖激光器開展研究,具體工作內容包括:第一,基于速率方程和傳輸方程構建了鉺鐿共摻雙包層光纖（EY-DCF）放大器的理論模型,指明了高功率泵浦下反向傳輸?shù)腨b-ASE是限制其功率提升的主要原因。提出并演示了一種基于雙波長輔助信號注入技術的包層泵浦的EY-DCF放大器方案。實驗結果表明,通過使用波長為1030nm和1040 nm的輔助信號,可大幅緩解單一波長信號注入時因EY-DCF非均勻增益加寬效應,對抑制反向Yb-ASE中潛在自激譜峰的制約,既可以增大放大過程中允許的最大泵浦光功... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１主振蕩功率放大（ＭＯＰＡ）結構【６１Ｉ??Ｓｉｎｇｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｓｅｅｄ：單頻種子源；ＩＳＯ：隔離器??

纖激光器逐漸進入高功率激光器的行列。??由于稀土鐿離子（Ｙｂ３＋）的發(fā)射譜覆蓋９００－１１００?ｎｍ波段，在商用高功率泵??浦源對應的９７５?ｒｎｎ波長處存在吸收峰，且Ｙｂ３＋能級結構簡單，不存在激發(fā)態(tài)吸??收和交叉馳豫等現(xiàn)象［６９］，因此對于１?波段激光的放大主要是使用摻鐿光纖放??大器。早在２００７年，南安普頓大學的ＹｏｏｎｃｈａｎＪｅｏｎｇ等人就將中心波長為１０６０??ｎｍ、線寬６０?ｋＨｚ、輸出功率８０?ｍＷ的ＤＦＢ型光纖激光種子源，通過四級級聯(lián)??摻鐿光纖放大器［７Ｑ］，如圖１－２所示，實現(xiàn)了?４０２?Ｗ激光輸出。??Ｌａｒｇｅ?－ｃｏｒｅ?ｄｏｕｂｌｅ?－ｃｌａｄ??ＹＤＦ??２５０?ｍＷ－２Ｗ－７Ｗ??８０禮，???ｓｗＭ???｜＇ｉ?＼＿３?Ｉ?？?Ｉｓｏｌａｔｏｒ?Ｂ？ｎ．．?？?１１１）１１?？?Ｓｉｇｎａｌ?ｏｕｔｐｕｔ??Ｓｅｅｄ：?？—??１?Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ?ｉ?ｔｈｒｕ?ｅｎｄｓ?＿??ＳＦ／ＳＭ／ＳＰ?ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ?——Ｔ—ｕ—????ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?ｃｈａｉｎｓ?Ｓ８Ｓ?Ｄｉｏｄｅ?ｐｕｍｐ??ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ｓｏｕｒｃｅ．?９７５?ｎｍ??圖１－２?１?ｎｍ波段光纖激光器ＭＯＰＡ結構??對于１．５?ｐｍ波段單頻激光的功率提升，可以使用摻鉺光纖或鉺鐿共摻光纖??放大器，由于鉺離子（Ｅｒ３＋）在過高的摻雜濃度下容易發(fā)生團簇等材料效應［７１］，??因此，必須使用較長的光纖長度或者提高光纖的纖芯直徑，以獲得較高的栗浦吸??收，然而較長的光纖會使得非線性效應的閾值降低，難以實現(xiàn)高功率輸出。因此，??Ｌ．?Ｖ．?Ｋｏｔｏｖ等人

光纖激光輸出的ＭＯＰＡ結構中，其功率放大級??均是使用大模場直徑的雙包層光纖作為増益介質，并采用分離體光學元器件的空??間耦合方式。盡管已經得到數(shù)百Ｗ量級的功率輸出，但存在結構復雜、調整困??難、功率穩(wěn)定性差、輸出光束質量不好、光纖端面易損傷等缺點［７７］。隨著當前日??益發(fā)展的應用需求，無論是在穩(wěn)定性、緊湊性以及更好的光束質量等方面都還需??要進一步提升，而全光纖型的ＭＯＰＡ結構可以滿足以上要求，因此研究高功率??窄線寬光纖激光的ＭＯＰＡ關鍵技術是有重要意義的。??．?？二??圖１－３?７ｘ１熔融光纖束耦合器結構示意圖Ｗ??直到１９９９年，Ｇｉｏｖａｎｎｉ和Ｓｔｅｎｔｚ等人提出了如圖１－３所示的熔融光纖束耦??合器ｔ％，全光纖型的ＭＯＰＡ結構才得以實現(xiàn)。該熔融光纖束耦合器將多根多模??光纖和雙包層光纖各自去除涂覆層后，按一定順序排列，熔融拉錐至與雙包層光??纖芯徑尺寸相差不大時，切割端面后與輸出光纖熔接。其結構簡單、耦合效率高、??便于封裝，但是本質上也是一種端面耦合技術，生產工藝繁瑣，靈活性較差，且??難以實現(xiàn)后向泵浦。為解決此問題，Ｋｏｐｌｏｗ等人提出將泵浦光從雙包層光纖的??側面耦合到內包層中的側面泵浦技術，可以直接在雙包層光纖的側面上進行操作??［７９］，不使用光纖端面，因而可以輸出更高的功率。得益于高功率光纖合束器的發(fā)??展，全光纖結構的ＭＯＰＡ激光器也隨之快速發(fā)展起來。??盡管使用單根雙包層光纖的非單頻１０６４?ｎｍ激光器的單橫模連續(xù)光輸出功??率已達數(shù)千瓦量級［８Ｇ］，但是，采用全光纖型ＭＯＰＡ結構的單頻窄線寬激光的輸??出功率尚且只有數(shù)百瓦［？１］，對于１．５?ｐｍ波段，全光纖型ＭＯＰＡ激光器的輸出


本文編號：3100856