銫原子鐘驅(qū)動(dòng)源——852nm可調(diào)諧光纖激光器研究.pdf

1、原子鐘頻標(biāo)在導(dǎo)彈精確制導(dǎo)、空間精確定位導(dǎo)航等方面起著至關(guān)重要的作用。自從1948年世界上第一臺(tái)原子鐘誕生以后，原子鐘在國(guó)防軍事領(lǐng)域，空間探索領(lǐng)域等具有非常重要的應(yīng)用，故現(xiàn)在有科學(xué)家認(rèn)為原子鐘比原子彈更重要。原子鐘頻標(biāo)的準(zhǔn)確性與精確性引起廣泛的關(guān)注和研究，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)對(duì)頻標(biāo)和時(shí)間基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求是越來越高。銫(Cs)原子鐘是現(xiàn)有的原子鐘中準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好的原子鐘之一，它主要由驅(qū)動(dòng)源，銫束管，探測(cè)源三個(gè)部分組成，其中驅(qū)動(dòng)源

2、采用波長(zhǎng)為852nm的激光源，現(xiàn)有的852nm激光源都是半導(dǎo)體激光器，它們的穩(wěn)定性很難得到保證，而光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、可調(diào)諧、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，原子鐘對(duì)此類光源有著迫切需求。從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始，我國(guó)科學(xué)家開始進(jìn)行自主時(shí)間頻標(biāo)銫原子鐘的研制，到目前為止，國(guó)產(chǎn)銫(Cs)原子鐘系統(tǒng)大部分器件都已研制成功，852nm激光驅(qū)動(dòng)源是目前唯一沒有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵器件。 本文《銫原子鐘驅(qū)動(dòng)源--852nm可調(diào)諧光纖激光器研究》是在國(guó)家相關(guān)

3、項(xiàng)目支持下開展工作的，通過較為系統(tǒng)深入的研究，獲得了較好的研究成果，并已通過了總裝備部專家組的鑒定。 本文主要的研究成果有： 1.研制成功850nm波段光纖耦合器。采用光纖熔融拉錐方法，分別制作出50：50，60：40等分束比的耦合器；研制出了800nm/850nm波分復(fù)用器，其損耗低于0.5dB，隔離度高于40dB。這些器件的研制成功為后續(xù)實(shí)驗(yàn)搭建光路提供了必備條件。 2.研制了850nm波段單模布拉格光纖光柵

4、，中心波長(zhǎng)在851nm附近，所刻寫的光柵反射率分布在13％到95％，反射帶寬<0.2nm，其為激光器提供了重要的選頻元件。 3.研究了光柵應(yīng)力調(diào)諧原理和特性，理論計(jì)算出有機(jī)玻璃作為應(yīng)力調(diào)諧材料，并制作了等強(qiáng)度懸臂梁應(yīng)力調(diào)諧裝置。研制出的應(yīng)力調(diào)諧裝置穩(wěn)定性好，調(diào)諧范圍完全滿足實(shí)驗(yàn)要求。 4.研究了基于硅基摻鉺光纖上轉(zhuǎn)換特性，首次提出雙波長(zhǎng)泵浦普通硅基摻鉺光纖以獲得852nm激光輸出方案。采用了雙向泵浦方式，雙波長(zhǎng)(800n

5、m和792nm)泵浦方式，取得了一些初步的結(jié)論和結(jié)果，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 5.成功研究出了利用半導(dǎo)體光放大器(SOA)作為增益介質(zhì)、工作波長(zhǎng)在852nm光纖激光器。激光器輸出功率>20mW，光譜寬度<0.05nm，信噪比>30dB，激光器可在851nm-853nm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。激光器結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好。此項(xiàng)成果已通過總裝備部專家組驗(yàn)收，并獲得一致好評(píng)。 本文創(chuàng)新性研究工作主要有： 1.研制了85

6、0nm波段光纖耦合器，波分復(fù)用器，研究了光纖光柵原理，并自行刻寫了850nm波段單模布拉格光纖光柵。光纖光柵中心波長(zhǎng)851nm，反射率最高95％。 2.研究了硅基摻鉺光纖上轉(zhuǎn)換特性，首次提出用雙波長(zhǎng)泵浦普通硅基摻鉺光纖方案。采用雙向泵浦方式，雙波長(zhǎng)(800nm和792nm)泵浦等方式，取得了一些初步的結(jié)論和結(jié)果，這些結(jié)論對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究有著積極意義。 3.首次研究成功了852nm光纖激光器。激光器具有性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，可