銫原子鐘驅動源——852nm可調諧光纖激光器研究.pdf

1、原子鐘頻標在導彈精確制導、空間精確定位導航等方面起著至關重要的作用。自從1948年世界上第一臺原子鐘誕生以后，原子鐘在國防軍事領域，空間探索領域等具有非常重要的應用，故現(xiàn)在有科學家認為原子鐘比原子彈更重要。原子鐘頻標的準確性與精確性引起廣泛的關注和研究，隨著空間技術的發(fā)展，各國對頻標和時間基準的準確度要求是越來越高。銫(Cs)原子鐘是現(xiàn)有的原子鐘中準確度最高，穩(wěn)定性最好的原子鐘之一，它主要由驅動源，銫束管，探測源三個部分組成，其中驅動源

2、采用波長為852nm的激光源，現(xiàn)有的852nm激光源都是半導體激光器，它們的穩(wěn)定性很難得到保證，而光纖激光器具有結構緊湊、可調諧、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，原子鐘對此類光源有著迫切需求。從上個世紀八十年代開始，我國科學家開始進行自主時間頻標銫原子鐘的研制，到目前為止，國產銫(Cs)原子鐘系統(tǒng)大部分器件都已研制成功，852nm激光驅動源是目前唯一沒有實現(xiàn)國產化的關鍵器件。 本文《銫原子鐘驅動源--852nm可調諧光纖激光器研究》是在國家相關

3、項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)實驗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.研究了光柵應力調諧原理和特性，理論計算出有機玻璃作為應力調諧材料，并制作了等強度懸臂梁應力調諧裝置。研制出的應力調諧裝置穩(wěn)定性好，調諧范圍完全滿足實驗要求。 4.研究了基于硅基摻鉺光纖上轉換特性，首次提出雙波長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(800n

5、m和792nm)泵浦方式，取得了一些初步的結論和結果，為后續(xù)的實驗工作奠定了堅實的基礎。 5.成功研究出了利用半導體光放大器(SOA)作為增益介質、工作波長在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范圍內連續(xù)可調。激光器結構緊湊，穩(wěn)定性好。此項成果已通過總裝備部專家組驗收，并獲得一致好評。 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851nm，反射率最高95％。 2.研究了硅基摻鉺光纖上轉換特性，首次提出用雙波長泵浦普通硅基摻鉺光纖方案。采用雙向泵浦方式，雙波長(800nm和792nm)泵浦等方式，取得了一些初步的結論和結果，這些結論對后續(xù)實驗研究有著積極意義。 3.首次研究成功了852nm光纖激光器。激光器具有性能穩(wěn)定，結構緊湊，可