窄线宽掺镱光纤激光器的分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存

2、和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文1绪论自从1960年T.H.Maiman发明了世界上第一台激光器，发射出世界上第一束激光以来，激光因其良好的单色性、方向性和相干性、以及高亮度而获得了巨大的应用，在科研领域，科学家们对激光器的研究、对激光应用于其他领域的研究，日新月异，激光的产生，为很多科学难题的解决提供了新的思路和方法。在工业领域，大功率激光器因其优异的加工功能，而获得了广泛的应用，使得人类实现高精密仪器的制造成为现实。在通信领域，激光器因其单

3、色性很好的优点，是波分复用的光通信所需的理想光源，光通信做为目前通信传输网的核心技术，以及未来更快速率接入网的实现技术，激光器的发展为人类通信网络的建设添砖加瓦。激光器按照不同的发光技术可分为半导体激光器、固体激光器、气体激光器等等，光纤激光器做为固体激光器的一个重要分支，因其良好的性能而成为目前激光器研究领域的最前沿的研究热点之一，成为第三代激光器的典型代表，光纤激光器在光纤通信、激光加工、激光雷达、传感、医疗等方面取代了原先的气体激光器和固体激光器、获得了越来越广泛的应用。光纤激光器的优点主要体现在：输出光束质量好；面积体积比大，易散热；增益介质长；光纤制造技术成熟；掺杂稀土离子种

4、类多，输出波长可选择余地大；高功率、高效率、低能耗；结构紧凑、体积小。窄线宽光纤激光器因其更加优良的单色性，在超远距离测量、超高精度和敏感度传感系统、以及超密集波分复用通信系统中具有巨大的应用前景，近年来引起了科学家们的不断关注。1.1窄线宽光纤激光器的国内外研究进展Ball等人于1990年利用光纤光栅技术，实现了掺铒光纤激光器在1548nm左右[1]的单频输出，输出线宽为47kHz。1993年，J.T.Kringlebotn采用了超短腔DBR技术，腔长约10cm，利用Er/Yb共掺光纤吸收系数高的优点，实现了1545nm的单频输出，功率约为7.6mW，线宽[2]约为2.5kHz。19

5、94年，Horowitz等人利用了光纤饱和吸收体抑制跳模的技术，在线性腔光纤1华中科技大学硕士学位论文[3]激光器中实现了1532nm波长处的5kHz。1995年，M.Sejka等人分别制作了无相移和半波长相移的DFB光纤激光器，发现无相移的光纤激光器是双纵模输出，而半波长相移的DFB激光器实现了单纵模输[4]出，与DFB光纤激光器理论相符。[5]1996年，D.I.Chang等人采用偏振非相干技术实现了10kHz窄线宽输出。1999年，NaotoKishi等在日本采用环形腔结构，利用饱和吸收体技术，实现了[6]7.5kHz、1.4mW、1559nm的激光输出。随着窄线宽光纤激光技术的

6、日益成熟，窄线宽光纤激光器的商业应用也提上了日程，阻碍窄线宽光纤激光器商业应用的主要障碍是输出功率过小，因此进一步发展高功率的窄线宽光纤激光器成为学术界研究的重点，主要得益于MOPA结构的采用和高增益光纤制造技术的成熟。2003年，S.U.Alam利用MOPA技术，实现了DFB光纤激光器30kHz、10mW，[7]放大后功率达到了14W。2003年，NP公司的Ch.Spiegelberg采用超短腔结构和高增益光纤，实现了[8]100mW、线宽小于2kHz的激光输出，一年后，利用同样的技术，实现了200mW[9]的功率输出。国内方面，随着国外窄线宽光纤激光器技术的迅猛发展，以及商业需要的

7、逐渐旺盛，国内学术界也逐渐开始开展窄线宽光纤激光器的研究。2001年，俞本立等人在安徽大学，利用饱和吸收体技术，实现了环形腔光纤激[10]光器在1539nm、1mW，0.5kHz线宽的激光输出。国内对窄线宽光纤激光器的研究因起步较晚，故与国际水平尚有差距，需要科研工作者进一步努力。1.2窄线宽光纤激光器的实现方案光纤激光器实现窄线宽输出的主要技术包括：光纤光栅技术、偏振非相干技术、光纤饱和吸收体技术。利用光纤光栅的频谱特性，做光纤激光器的谐振腔