近紅外超連續(xù)譜光源非相干合束研究.pdf

1、超連續(xù)譜光源寬光譜、高亮度的優(yōu)異性能使其在通信技術(shù)、光譜學(xué)、計(jì)量學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及光電對(duì)抗等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。在光纖放大器中直接產(chǎn)生超連續(xù)譜是獲得高功率超連續(xù)譜光源的有效途徑，該方法將激光增益放大過(guò)程與非線性效應(yīng)展寬光譜過(guò)程結(jié)合在一個(gè)光纖放大器內(nèi)，使得系統(tǒng)輸出效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于制作。由于放大器中的熱管理問(wèn)題以及增益光纖纖芯對(duì)輸出功率的限制，目前見(jiàn)于報(bào)道的光纖放大器中產(chǎn)生的超連續(xù)譜輸出功率最高為177.6 W。為了進(jìn)一步提高單根

2、光纖輸出超連續(xù)譜的功率水平，本文基于摻鐿光纖放大器對(duì)超連續(xù)譜光源的非相干功率合束進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容包括：
　　一、參照傳統(tǒng)光纖激光功率合束器的制作方法與設(shè)計(jì)原則，對(duì)7×1光纖寬譜功率合束器進(jìn)行了仿真模擬，計(jì)算了不同波長(zhǎng)輸入光由中心輸入光纖入射并通過(guò)合束器后的光場(chǎng)分布變化以及功率變化，證明了合束器對(duì)波長(zhǎng)為1060 nm至1700 nm的不同單波長(zhǎng)激光具有相同的功率透過(guò)率。計(jì)算并對(duì)比不同波長(zhǎng)入射光在合束器輸出端的光束質(zhì)量，

3、分析了波長(zhǎng)對(duì)輸出光光束質(zhì)量的影響。模擬分析了由外圍輸入光纖入射的激光在通過(guò)合束器前后的光場(chǎng)變化，分析得知由外圍輸入光纖入射的不同波長(zhǎng)激光功率透過(guò)率均高于98％，但輸出光束質(zhì)量較差。從功率合束的要求上理論驗(yàn)證了超連續(xù)譜非相干功率合束的可行性。按照仿真結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)制作了一個(gè)7×1光纖寬譜功率合束器。
　　二、制作了非相干功率合束所需的七路超連續(xù)譜光源。用一個(gè)皮秒脈沖激光器作為種子源為七個(gè)相同結(jié)構(gòu)的光纖放大器提供信號(hào)光，以其中一路放大器為例

4、詳細(xì)說(shuō)明了三級(jí)主振蕩功率放大結(jié)構(gòu)(master oscillator power amplifier, MOPA)摻鐿光纖放大器的制作過(guò)程。在七路光纖放大器的主放大級(jí)中獲得了七束輸出平均功率百瓦量級(jí)，輸出光譜覆蓋1060-1700 nm的高功率近紅外超連續(xù)譜。
　　三、使用制作的光纖寬譜功率合束器進(jìn)行了超連續(xù)譜光源非相干功率合束實(shí)驗(yàn)。首先改變種子激光器輸出參數(shù)，在兩路放大器中獲得低重頻、低功率、寬光譜的超連續(xù)譜輸出，進(jìn)行低功率下的

5、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。兩束低功率超連續(xù)譜合束后總合束效率接近100%，合束器輸出譜寬覆蓋1060-1700 nm，通過(guò)對(duì)比合束前后的光譜形狀，證明了合束器在近紅外波段內(nèi)對(duì)不同波長(zhǎng)成分具有相同的功率透過(guò)率。之后用七路光纖放大器進(jìn)行高功率超連續(xù)譜的非相干功率合束實(shí)驗(yàn)，每一路超連續(xù)譜在單獨(dú)通過(guò)合束器時(shí)功率通過(guò)率均高于90%，合束前后光譜基本一致，證明了合束器在高功率情況下同樣對(duì)不同波長(zhǎng)成分具有基本相同的合束效果。用七路光纖放大器作為光源，進(jìn)行高功率下的超