功率均衡度可調(diào)諧的雙頻微腔激光器研究.pdf

1、相干波源在無線通信、材料光譜分析、頻率計量和混合光載波雷達(dá)等領(lǐng)域展現(xiàn)了不可忽視的應(yīng)用潛力。將射頻頻差的雙頻激光器的輸出信號通過單行載流子光電二極管等外差拍頻是產(chǎn)生高純度射頻信號的有效手段。用于外差拍頻的雙頻激光信號的兩個頻率成分的功率均衡程度直接影響拍頻效率。本文提出了一種基于熱致雙頻激光波長和增益介質(zhì)發(fā)射譜漂移的功率均衡度可調(diào)諧的雙頻微腔激光器。
　　首先基于四能級速率方程理論，建立洛倫茨線型的耦合速率方程模型對雙頻激光信號運行

2、機制進(jìn)行分析，從理論上揭示造成均勻加寬雙頻激光器輸出功率非均衡的主要原因是雙頻波長在增益介質(zhì)發(fā)射譜內(nèi)對應(yīng)的發(fā)射截面不同（即非均衡增益）。更重要的是，溫度對雙頻功率均衡度的影響是雙頻激光波長和增益介質(zhì)發(fā)射截面譜的溫度依賴性共同作用的結(jié)果。
　　采用摻雜濃度和外形尺寸均相同的未鍍膜的薄片Nd:YVO4晶體和雙端鍍膜的薄片Nd:YVO4晶體（微腔），分別對不同溫控條件下未鍍膜薄片Nd:YVO4晶體的發(fā)射截面譜和雙頻Nd:YVO4微腔激光

3、器的輸出激光光譜進(jìn)行研究，從實驗上揭示增益介質(zhì)發(fā)射截面譜和雙頻激光波長隨溫度變化的一般規(guī)律。實驗結(jié)果表明：在所研究的溫控范圍內(nèi)，隨著熱沉溫度的增加，雙頻Nd:YVO4微腔激光器的輸出激光光譜紅移，輸出功率下降，并伴隨有“跳?！爆F(xiàn)象發(fā)生；未鍍膜薄片Nd:YVO4晶體的發(fā)射截面譜紅移，峰值發(fā)射截面減小，譜線展寬。雙頻Nd:YVO4微腔激光器的輸出激光光譜包絡(luò)中心波長，以及未鍍膜薄片Nd:YVO4晶體的發(fā)射截面譜峰值波長的紅移速率分別為3.8

4、8 pm/℃和3.84 pm/℃。
　　為了分析雙頻激光信號的相對強度比變化的原理，對雙頻激光波長、增益介質(zhì)發(fā)射截面譜，以及它們對輸出功率均衡度的相互作用之間的關(guān)系進(jìn)行綜合討論。通過對比上述兩條擬合溫度特性曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光光譜包絡(luò)中心波長和發(fā)射截面譜峰值波長重合時，雙頻Nd:YVO4微腔激光器工作溫度和未鍍膜薄片Nd:YVO4晶體發(fā)光區(qū)域溫度之間存在一個由抽運功率和激光功率的差別引起的溫度差。對于本文實驗中所涉及到的雙頻Nd:YV

5、O4微腔激光器，這一溫度差近似等于激光增益介質(zhì)發(fā)光區(qū)域和熱沉的溫差，約為54℃。雙頻激光平均波長與經(jīng)溫度補償?shù)奈村兡け∑琋d:YVO4晶體的發(fā)射譜峰值波長的相對位置決定了雙頻激光信號的相對功率比。通過精確控制熱沉溫度，對雙頻激光波長和增益介質(zhì)發(fā)射截面譜的匹配程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)雙頻激光輸出功率均衡?？刂茻岢翜囟仍?5.6℃，實驗獲得功率均衡度約為0.991，輸出功率約為264 mW，頻差約為67 GHz的雙頻激光信號輸出。在一系列能夠達(dá)到