全光纖納秒脈沖摻鐿放大器的研究.pdf

1、本論文是在國家科技部973項目“基于微結(jié)構(gòu)光纖的光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(2003CB314906)和固體激光技術(shù)國家重點實驗室基金項目“短脈沖雙包層光纖相干激光光源的研究”(51438020205JW1502)的支持下完成的。 高功率脈沖光纖放大器具有高光束質(zhì)量、結(jié)構(gòu)緊湊、光纖輸出、散熱性能好等優(yōu)勢,正廣泛運用于精密加工、材料處理、醫(yī)療、激光雷達、太空通信等領(lǐng)域。本文對高可靠性的全光纖脈沖放大器從理論和實驗上進行了深入

2、研究和探索；對復(fù)合腔光纖激光器進行理論與實驗研究。得到的主要研究成果包括： 1、從動態(tài)速率方程,分析得出了脈沖光纖放大器的光子流密度、反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度沿信號傳輸方向的解析表達式。討論了輸入信號的強弱、增益光纖長度以及初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度對脈沖放大輸出的能量及能量增益的影響。分析了強弱不同的輸入信號對功率增益及脈沖畸變問題的影響。 2、將級聯(lián)波分復(fù)用器的泵浦耦合系統(tǒng)用于單模放大系統(tǒng)中。在泵浦光耦合效率達70％的基礎(chǔ)上,有效提高

3、了對后向放大自發(fā)輻射光(ASE)的隔離,使泵浦激光器在長時間內(nèi)正常工作。實驗中對高摻雜光纖長度進行了優(yōu)化：采用分段泵浦來增加增加隔離度,抑制自發(fā)輻射,從而增加放大輸出的脈沖功率。通過對兩級泵浦功率值進行優(yōu)化來獲得較高能量輸出和較好的信噪比。將平均功率0.5mW、占空比1/1000的脈沖放大到26mW,信噪比25dB的脈沖輸出。相應(yīng)增益為17.1dB。實驗證明了在小信號輸入條件下,脈沖形狀基本沒有發(fā)生畸變,并保持了種子光的優(yōu)良偏振特性。

4、 3、在一級包層泵浦放大方案中采用國產(chǎn)的不同摻雜濃度的摻Y(jié)b光纖,研究了初始反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的差異對輸出功率和脈沖形狀的影響。在同樣的泵浦功率下,利用高摻雜濃度的摻鐿光纖有利于增加放大輸出功率,但輸出脈沖形狀的畸變現(xiàn)象加?。幻}沖放大過程中因自相位調(diào)制會引起頻譜展寬。在耦合效率高的包層泵浦放大方案中,要防止反饋的光信號影響LD的正常工作；在放大器的泵浦閾值附近,信號光輸入功率與輸出功率相等,但輸出脈沖幅度不穩(wěn)定。通過一級包層泵浦放大,

5、獲得了平均功率1.05W的脈沖輸出。 4、通過級聯(lián)兩級包層泵浦放大器,實現(xiàn)平均功率2W、峰值功率2kW的全光纖脈沖輸出。在較強信號輸入的條件下,研究了放大器內(nèi)的弱反饋對輸出脈沖形狀產(chǎn)生的影響。低占空比脈沖放大使脈沖間隔內(nèi)的ASE功率積累,并引起寄生激射和自脈動現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象嚴(yán)重影響輸出脈沖的功率、形狀和信噪比。自脈動引起的次脈沖相對主脈沖延遲時間與放大器的長度有關(guān)。提高輸入脈沖信號功率能夠有效抑制寄生激射和自脈動,還可以通過聲

6、光門來控制放大器內(nèi)的ASE,或采用帶通濾波器濾除ASE噪聲,從而獲得干凈的脈沖輸出。 5、在單一光柵選頻的復(fù)合腔光纖激光器里對自組織相干合成機理進行研究與討論。相干耦合模式通過低反(4.5％)布拉格光柵輸出。相干組合效率達到了94.3％。實驗得到的泄露功率輸出特性與理論模擬結(jié)果吻合較好。利用高反射率的布拉格光柵作腔鏡,并將起偏器和偏振控制器聯(lián)合使用,達到控制復(fù)合腔內(nèi)偏振態(tài)的目的,實現(xiàn)了偏振鎖定輸出。在邁克爾孫復(fù)合腔里,通過選用中心波長不

7、同的布拉格光柵選頻,比較了在1557.830nm和1559.845nm處的子腔振蕩、復(fù)合腔振蕩的斜率效率和相干合成效率。實驗結(jié)果表明選頻在復(fù)合腔最佳波長范圍(1559nm～1561nm),能夠有效提高復(fù)合腔振蕩的斜率效率和相干合成效率。實驗中選頻在1557.830nm時,子腔和復(fù)合腔的斜率效率分別為20％和18.2％。而選頻在1559.845nm時,子腔和復(fù)合腔的斜率效率分別為27.5％和25.3％。相干合成效率分別為90％和93.5％