基于受激瑞利散射的窄线宽可调谐光纤激光器研究

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1、硕士学位论文基于受激瑞利散射的窄线宽可调谐光纤激光器研究RESEARCHONNARROWLINEWIDTHTUNABLEFIBERLASERBASEDONSTIMULATEDRAYLEIGHSCATTERING胡洋哈尔滨工业大学2016年7月国内图书分类号：TN929.11学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于受激瑞利散射的窄线宽可调谐光纤激光器研究硕士研究生：胡洋导师：崔继文教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2016年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:TP23U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONNARROWLINEWIDTHTUNABLEFIBERLASERBASEDONSTIMULATEDRAYLEIGHSCATTERINGCandidate：HuYangSupervisor：Prof.CuiJiwenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnolo

3、gyAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：July,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要基于高新技术发展对高端仪器设备的依赖，“十三五”国家重大科学仪器设备开发专项中明确提出了对窄线宽激光器的设计与测量需求；如光纤通信系统中，对信息传输吞吐量以及光源利用效率的高需求导致了对激光窄线宽可调谐性能的要求日益严苛；而在干涉型光

4、谱测量领域，为了获得fm甚至更高的测量分辨力，更是对可调谐光纤激光器的线宽提出了kHz乃至kHz以下的需求。但是目前在窄线宽可调谐光纤激光器研究领域中对kHz以下量级窄线宽的获取仍存在困难。本论文针对上述问题，提出了一种基于受激瑞利散射的窄线宽可调谐光纤激光器实现方法，此方法利用光纤受激瑞利散射的窄线宽特性，通过环形腔内特殊拉锥光纤光纤产生的受激瑞利散射实现光纤激光器线宽的高度压窄，同时与光纤布拉格光栅中心波长的温度调谐相结合，实现了kHz以下量级窄线宽可调谐光纤激光器的设计与制作。论文的主要研究内容如下：1.光纤中受激散射效应研究：

5、通过对光纤中受激瑞利散射与受激布里渊散射的理论研究，论证了受激瑞利散射效应的窄线宽特性，确定了影响受激布里渊散射阈值的相关参数，并进一步设计方案提高受激布里渊散射的阈值以利用线宽更窄的受激瑞利散射实现光纤激光器的线宽压窄，利用BeamPROP软件对方案中利用的特殊拉锥光纤的基本设计参数进行仿真计算。2.光纤激光器线宽测量理论改进：对激光器线宽理论进行分析，针对窄线宽激光精确测量的问题，在延时自外差法的基础上，综合考虑光源本身以及延时光纤的噪声，对最终的拍频谱通过更准确的Voigt谱型拟合，从而利用更短的延时光纤更精确地测量kHz及kH

6、z以下量级的线宽值。3.窄线宽可调谐光纤激光器系统设计：通过对光纤激光器不同谐振腔以及光纤布拉格光栅不同调谐方法的优劣分析，确定课题方案选用的谐振腔结构以及波长调谐的方案，利用OptiSystem软件对基础的环形腔光纤激光器系统进行仿真，确定所用器材的基本参数。4.窄线宽可调谐光纤激光器搭建与测试：首先设计制作课题所需的特殊拉锥光纤，测试得到其相较于普通单模光纤，受激布里渊散射的阈值提高了1.9dB；之后搭建基础的光纤激光器系统，实验结果显示，此时激光器输出线宽为1570Hz，阈值为48.2mW；在此基础上加入特殊拉锥光纤，利用后向受

7、激瑞利散射光实现光纤激光器线宽进一步压窄，实验结果显示，此时光纤激光器的输出线宽为550Hz，边模抑制比60dB，半小时内中心波长波动不超过2pm，阈值为54.5mW，260mW-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文泵浦下输出功率可达3.52mW；进一步利用此窄线宽光纤激光器系统，通过温控箱实现窄线宽光纤激光器的可调谐输出，实验结果显示，激光器波长调谐范围为1.61nm，温度调谐系数为14.8pm/℃，最小调谐步长为4pm，功率稳定性可达2.1%，调谐过程中线宽维持在650Hz以下。本文的研究成果解决了现有窄线宽可调谐光纤激光器中对kH

8、z以下量级极窄线宽的获取问题，为更高效率的光纤通信以及更高精度的干涉光谱测量提供了新思路。关键词:光纤激光器；窄线宽；可调谐；受激瑞利散射-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheNationalKey