窄線寬光纖激光器研究俞本立

1、窄線寬光纖激光器研究報(bào)告人： 俞本立光纖激光器3、窄線寬光纖激光器1、高功率光纖激光器2、脈沖光纖激光器窄線寬激光器的應(yīng)用領(lǐng)域窄線寬光纖激光器的研究進(jìn)展1991年Ball等人首次在長度為50cm的摻鉺石英光纖兩端各寫入一段光纖布拉格光柵（FBG）實(shí)現(xiàn)分布布拉格反射（DBR）型光纖激光器獲得線寬為47kHz的激光1995年D. N. Payne等人利用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了0.95kHz的激光輸出M. Sejka等人采用相移光柵，實(shí)現(xiàn)了線寬為13kHz的激光輸出2004年Christine Spiegelberg等人在DBR型光纖激光器的結(jié)構(gòu)之上，首先利用一段長度為2cm的鉺鐿共摻磷酸鹽光纖作為增益介

2、質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了線寬小于1kHz ，功率200mW的激光輸出。 丹麥的NKT Photonics公司采用分布反饋型（DFB）結(jié)構(gòu)制作的窄線寬光纖激光器實(shí)現(xiàn)了線寬小于1kHz，功率200mW的激光輸出 窄線寬光纖激光器的研究進(jìn)展2006年耿繼宏等利用Spiegelberg小組的窄線寬光纖激光器作為布里淵光纖激光器泵浦源并結(jié)合穩(wěn)頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了線寬接近75Hz的激光輸出2009年耿繼宏等利用摻銩玻璃光纖， 采用分布布拉格反射型結(jié)構(gòu)（DBR），實(shí)現(xiàn)了2um波段線寬小于3kHz的窄線寬激光輸出窄線寬光纖激光器的研究進(jìn)展安徽大學(xué)采用環(huán)形腔結(jié)合飽和吸收體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了線寬小于1kHz激光輸出，并在此基礎(chǔ)上研制出了系

3、列窄線寬光纖光源國防科技大學(xué)孟洲采用保偏摻鉺光纖作為飽和吸收體實(shí)現(xiàn)了1.5kHz的線偏振激光輸出2001年2006年窄線寬光纖激光器的研究進(jìn)展華南理工大學(xué)姜中宏，楊中民小組采用分布布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)和自行研制的鉺鐿共摻光纖已實(shí)現(xiàn)了20kHz線寬激光輸出 中科院半導(dǎo)體所的祝寧華小組布研制的布里淵摻鉺光纖激光器實(shí)現(xiàn)了線寬小于1.5kHz的激光輸出 北京航空航天大學(xué)，成都電子科技大學(xué)等小組近幾年來也開展了窄線寬光纖激光器的研究并取得了一定研究成果2008年2010年華南理工大學(xué)姜中宏，楊中民小組采用分布布拉格反射（DBR）結(jié)構(gòu)和自行研制的鉺鐿共摻光纖已實(shí)現(xiàn)了300mW功率，線寬小于2kHz的激

4、光輸出 窄線寬光纖激光器的研究進(jìn)展窄線寬光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)基本采用縮短諧振腔長度以增大縱模間隔或消除空間燒孔效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)單頻窄線寬輸出 線形腔環(huán)形腔基本采用窄帶濾波的方法，由于現(xiàn)有全光纖窄帶濾波器帶寬仍然較寬很難實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，目前常用的方法即利用一段未泵浦有源光纖中形成的飽和吸收體實(shí)現(xiàn)窄帶濾波以得到窄線寬輸出 窄線寬光纖激光器基本結(jié)構(gòu)的比較線形腔結(jié)構(gòu)環(huán)形腔結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：調(diào)諧方法單一，調(diào)諧范圍小優(yōu)點(diǎn)：調(diào)諧方法種類多樣，調(diào)諧范圍較大缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜本實(shí)驗(yàn)室選擇了環(huán)形腔激光器結(jié)構(gòu)作為窄線寬光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)2008年實(shí)現(xiàn)了180mW線偏振調(diào)頻窄線寬激光輸出。2001年采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)實(shí)

5、現(xiàn)了線寬小于1kHz的激光輸出；2003年實(shí)現(xiàn)了波長可調(diào)諧窄線寬激光輸出；2005年實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的低噪聲線偏振窄線寬激光輸出；2007年實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的線偏振調(diào)頻窄線寬激光輸出，并獲國家發(fā)明專利一項(xiàng)；安徽大學(xué)窄線寬光纖激光器的研究進(jìn)展安徽大學(xué)窄線寬光纖激光器基本結(jié)構(gòu)環(huán)行器2腳連接的摻鉺光纖和光纖光柵是激光器的關(guān)鍵器件，該段摻鉺光纖是一段未泵浦有源光纖，其中形成的飽和吸收體實(shí)現(xiàn)窄帶濾波以得到窄線寬輸出“線寬小于0.5kHz穩(wěn)態(tài)的單頻光纖環(huán)形腔激光器”，量子電子學(xué)報(bào)，2001輸出激光特性測(cè)量圖1圖1為激光零拍測(cè)量譜，激光由一個(gè)主模及一系列邊模組成，其間的小峰是由另一本征偏振態(tài)引發(fā)。圖2圖2是激光線寬測(cè)量

6、圖，為了消除隔直電容的影響，采用了數(shù)據(jù)擬合，可以看出激光輸出線寬約為0.5kHz。圖3圖4圖3和圖4分別為激光的主模及第一邊模，可以看出邊模抑制比達(dá)50dB，因此證明該激光為很好單頻激光輸出激光單頻特性測(cè)量低噪聲窄線寬光纖激光器激光二極管抽運(yùn)的全固化單頻固體激光器強(qiáng)度噪聲在幾個(gè)kHz 到幾個(gè)MHz 頻率之間也存在弛豫振蕩噪聲，可以通過光電負(fù)反饋的方法解決。研究背景窄線寬光纖激光器的輸出激光包含著明顯的弛豫振蕩峰,這使得光纖激光器的低頻范圍內(nèi)強(qiáng)度噪聲較為明顯,光纖激光器在光傳感和光通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用迫切要求降低光纖激光器的低頻強(qiáng)度噪聲。研究思路將此借鑒到光纖激光器中低噪聲窄線寬光纖激光器結(jié)構(gòu)“低

7、噪聲光纖激光器的實(shí)驗(yàn)研究” 光學(xué)學(xué)報(bào)，20061、通過對(duì)光纖激光器光路的改進(jìn),得到了光譜信噪比較高的單頻窄線寬激光輸出; 2、利用光電負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器弛豫振蕩噪聲的抑制低噪聲窄線寬光纖激光器特性光譜測(cè)試圖降噪前后強(qiáng)度噪聲對(duì)比圖通過光譜測(cè)試圖可以看出該種結(jié)構(gòu)有效的抑制了ASE光，提高了光譜信噪比，光譜信噪比大于62 dB。采用光電負(fù)反饋電路后,光纖激光器的強(qiáng)度噪聲有了很明顯的改善,特別是在弛豫振蕩峰處強(qiáng)度噪聲下降了約25 dB。2、通過不同調(diào)制方案的對(duì)比，為保證調(diào)制特性的穩(wěn)定，確定光纖相位調(diào)制器作為調(diào)頻器件1、采用全保偏器件，提高了輸出激光的偏振穩(wěn)定性線偏振調(diào)頻窄線寬光纖激光器結(jié)構(gòu)“Frequ

8、ency modulated and polarization maintaining fiber laser with narrow linewidth”, Optics Communications, 2007線偏振調(diào)頻窄線寬光纖激光器特性測(cè)試偏振穩(wěn)定性測(cè)試圖激光調(diào)頻譜圖實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定線偏振輸出，偏振消光比大于20dB實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率調(diào)制，最大頻偏量接近8MHz大功率窄線寬光纖激光器結(jié)構(gòu)（MOPA）采用雙級(jí)放大結(jié)構(gòu)，輸出激光具有高功率，高光譜信噪比激光器參數(shù)NP公司KOHERAS公司安徽大學(xué)最大輸出功率125mW可到2W180 mW最小線寬1 kHz1 kHz1 kHz光譜信噪比65 dB(50pm分辨率帶寬)50 dB(50pm分辨率帶寬)50 dB(由我們所用光譜儀80pm分辨率帶寬限制，如使用50pm分辨率帶寬應(yīng)當(dāng)會(huì)更高)弛豫振蕩峰值強(qiáng)度噪聲-110dB/Hz-115 dB/Hz-110-100 dB/Hz偏振消光比23 dB未提供此參數(shù)23 dB調(diào)諧范圍20GHz0.8nm, 溫度調(diào)諧20pm,PZT調(diào)諧30nm快速頻率調(diào)