石英基稀土摻雜單頻窄線寬光纖激光器及其關鍵技術研究.pdf

1、單頻窄線寬摻Er3+、摻Tm3+光纖激光器在軍用、民用領域具有極大的應用價值。摻Er3+窄線寬光纖激光器在相干光通信、光載無線通信系統(tǒng)、長距離及超長距離光纖傳感系統(tǒng)等領域有著廣泛的應用，而摻Tm3+窄線寬光纖激光器則在激光醫(yī)學、空間光通信、空間遙感、激光雷達以及光參量振蕩放大等領域有著廣泛的應用。本論文基于自制石英基稀土摻雜光纖與超窄帶光纖光柵濾波器件，采用多種腔形結(jié)構(gòu)對摻Er3+光纖激光器和摻Tm3+光纖激光器展開理論與實驗研究，取得

2、的主要研究成果與創(chuàng)新點為:
　　1.提出并搭建了一種單偏振、單頻線形腔石英基摻Er3+光纖激光器，利用自制布拉格光纖光柵(FBG) F-P窄帶濾波器與飽和吸收體共同對激光縱模進行選擇，通過在諧振腔內(nèi)置入起偏器使得激光器在腔內(nèi)無偏振保持器件條件下實現(xiàn)了穩(wěn)定單偏振、單頻輸出。激光器在室溫下的穩(wěn)定輸出波長為1544.45 nm，輸出激光信噪比為65 dB，偏振度大于99％。通過延遲自外差法對輸出激光進行測量得到Lorentz擬合線寬為6

3、.95 kHz。
　　2.提出并搭建了一種用于光子微波生成的雙波長單頻環(huán)形腔石英基摻Er3+光纖激光器，利用自制雙通道FBG F-P濾波器作為雙波長振蕩的選頻器件，未泵浦的摻Er3+光纖作為可飽和吸收體結(jié)合高反FBG共同作用確保激光器兩個波長均為單縱模運行，通過調(diào)節(jié)腔內(nèi)的偏振控制器可以實現(xiàn)雙波長激光的可切換輸出。在室溫條件下，激光器的兩個穩(wěn)定輸出波長分別為1544.67nm和1544.73nm，其消光比均大于40 dB，且均為單縱

4、模運行。在穩(wěn)定雙波長激光輸出時，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換可得7.129 GHz的微波拍頻信號，信號的信噪比(SNR)大于30 dB，3 dB帶寬約為12 kHz。
　　3.利用相位掩膜法在自制的石英基高濃度摻雜Er3+光纖中寫制長為13 cm的相移光柵，以此構(gòu)成DFB激光諧振腔。激光器在室溫下的穩(wěn)定輸出波長為1544.77nm，最高輸出功率達43.5 mW，斜率效率為11.5％。通過延遲自外差法對輸出激光進行測量得到Lorentz擬合線寬為9

5、.39 kHz。
　　4.提出并搭建了一種石英基D型雙包層摻Tm3+光纖DBR激光器，激光腔由直接寫入自制摻Tm3+光纖纖芯中的一對FBG構(gòu)成，通過控制寫制FBG的曝光量實現(xiàn)激光腔兩端FBG反射率R1和R2的調(diào)節(jié)。該激光腔內(nèi)無熔接點，克服了D型有源光纖作為增益介質(zhì)在光纖激光器搭建時容易引起巨大接續(xù)損耗的缺陷。激光輸出中心波長為1946.4nm，光信噪比(OSNR)約為65 dB，3dB帶寬為0.16 nm。最大輸出功率為2.56

6、W，斜率效率為38.4％，光光轉(zhuǎn)換效率為36.2％。
　　5.提出并搭建了線形腔和環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的單頻石英基摻Tm3+光纖激光器，利用自制相移光纖光柵超窄帶濾波器作為縱模選擇器件，通過腔內(nèi)偏振控制器抑制空間燒孔和偏振燒孔效應使得激光器在單縱模狀態(tài)下穩(wěn)定運行。這兩種激光器的輸出波長分別為1941.98 nm和1941.61 nm，在光譜儀分辨率為0.05 nm時測得光信噪比分別為45 dB和60 dB，斜率效率分別為3％和30.5％，最

7、高輸出功率分別為65 mW和385 mW。通過自零差法驗證，該兩種激光器均為單頻輸出，且線寬分別小于6.4 MHz和10MHz。
　　6.基于自制啁啾莫爾FBG超窄帶濾波器，提出并搭建了一種波長可調(diào)諧環(huán)形腔單頻石英基摻Tm3+光纖激光器。通過應力對輸出端選頻器件FBG進行調(diào)節(jié)，當FBG的布拉格波長與啁啾莫爾FBG的諧振峰重疊時，激光器內(nèi)的腔損達到最低，激光腔內(nèi)即可實現(xiàn)激光振蕩。激光器在室溫下實現(xiàn)穩(wěn)定的激光輸出，其可調(diào)輸出波長分別為