寬帶可調(diào)諧的瓦級(jí)單縱模及多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器的研究.pdf

1、有高光學(xué)信號(hào)噪聲比的高功率單縱模光纖激光器在諸如遠(yuǎn)程遙感、雷達(dá)、相干探測(cè)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在過(guò)去的幾年中,大功率光纖激光器發(fā)展很快;但是單縱模激光器的發(fā)展卻遠(yuǎn)沒(méi)有跟上。單縱模光纖激光器可以被放大到瓦級(jí)功率,但想要保住激光器較高的光學(xué)信號(hào)噪聲比卻是一大挑戰(zhàn)。另外,大功率單縱模的激光器也受到后向受激布里淵散射的限制。
　　由于布里淵增益帶窄的特點(diǎn),10米腔長(zhǎng)的布里淵光纖激光器一般工作在單縱模狀態(tài)。雖然布里淵光纖激光器的閾

2、值可以減小到毫瓦量級(jí),但這要求泵浦光的頻率要與腔頻率匹配。這就對(duì)實(shí)際應(yīng)用造成一個(gè)大麻煩,原因包括泵浦光的頻率擾動(dòng)等。另外,這種低閾值的布里淵激光器因?yàn)轳詈陷敵鲚^小,難以獲得大功率的輸出?；旌显鲆娼橘|(zhì)的布里淵光纖激光器使用增益介質(zhì)在激光腔內(nèi)提供放大,而不需要泵浦光的頻率與腔模相匹配還能輸出很大的功率。比如說(shuō),一個(gè)單縱模一瓦輸出功率的混頻環(huán)布里淵光纖激光器就是這樣。但是,混合增益介質(zhì)的布里淵光纖激光器的調(diào)諧范圍受到自由腔模振蕩的限制。并且,

3、腔內(nèi)不可避免的引入了噪聲。與混合增益介質(zhì)布里淵光纖激光器不同,無(wú)源腔布里淵光纖激光器有更寬廣的可調(diào)諧范圍、更高的光學(xué)信號(hào)噪聲比、和更寬的線寬。實(shí)驗(yàn)上報(bào)道的12米腔長(zhǎng)的無(wú)源腔布里淵光纖激光器顯示了單縱模穩(wěn)定的輸出。在本論文中,只有普通單模光纖用于激光腔。通過(guò)利用光纖中受激布里淵散射的高效率并設(shè)置激光腔的輸出耦合比為60％,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上獲得了一個(gè)功率達(dá)到1瓦的單縱模布里淵光纖激光器,其光學(xué)信號(hào)噪聲比超過(guò)75dB,可調(diào)諧范圍超過(guò)30nm。

4、r>　　多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器由于在光生微波、密集波分復(fù)用系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用而倍受關(guān)注。首先被報(bào)道的多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器是反“S”型結(jié)構(gòu)的混合增益介質(zhì)布里淵光纖激光器。不久后,自流入多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器被研究出來(lái)。然而,混合增益介質(zhì)腔有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一,自發(fā)輻射噪聲較大;第二,調(diào)諧范圍受到自由腔模振蕩限制。
　　為了壓縮自由振蕩腔模,許多技術(shù)爭(zhēng)相涌現(xiàn)。第一個(gè)可調(diào)諧多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器在2005年被研究報(bào)道,實(shí)驗(yàn)采用Sagnac環(huán)

5、作為濾波器來(lái)壓縮腔模從而獲得了寬帶的可諧調(diào)范圍。在2011年,另一種新型的多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器使用11千米色散射補(bǔ)償光纖作增益介質(zhì),其反“S”腔型結(jié)構(gòu)有效的抵制了腔模的振蕩。可是,現(xiàn)在的可調(diào)諧多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器要么在千米級(jí)的普通單模光纖中實(shí)現(xiàn)要么在百米級(jí)的特殊光纖中實(shí)現(xiàn)。由實(shí)驗(yàn)上的研究結(jié)果知道,腔長(zhǎng)10~20米長(zhǎng)的布里淵光纖激光器可以獲得穩(wěn)定的單縱模輸出。
　　不幸的是,過(guò)去采用的產(chǎn)生多波長(zhǎng)的布里淵光纖激光器的機(jī)制在腔長(zhǎng)變短

6、以后都不實(shí)用。主要原因還是短腔要求的閾值功率太大。與混合增益介質(zhì)布里淵光纖激光器不同,單通腔布里淵光纖激光器在微波產(chǎn)生、超高精度波譜分析方面有很多應(yīng)用。布里淵泵浦頻率不用于腔頻匹配,這減少了操作的復(fù)雜性。在本論文中,一個(gè)新穎的可調(diào)諧多波長(zhǎng)布里淵光纖激光器在借助于基于單通環(huán)形腔級(jí)聯(lián)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了。創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一,激光器的增益介質(zhì)在激光腔外,因此沒(méi)有自由腔模的限制。第二,反饋機(jī)制是非常高效的。反饋機(jī)制的設(shè)計(jì)使激光器的產(chǎn)生多波