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可调谐窄线宽光纤激光器研究

作　者: 许琰
导　师: 鞠有伦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光纤激光器环形腔可调谐F-P滤波器传感解调
分类号: TN248.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在光纤光栅传感检测中,可调谐光纤激光器作为传感扫描光源,可实现单点、多点及分布式光纤光栅阵列的传感检测。本课题主要从理论和实验两方面对可调谐掺铒光纤激光器进行了研究。理论方面,深入研究了可调谐环形腔光纤激光器理论模型,并数值模拟了不同铒纤长度和不同输出耦合比对激光输出的影响,腔内损耗及抽运功率对激光输出的影响,得出理论模拟结果并进行深入分析。实验方面,为获得可调谐掺铒光纤激光器,首先对环形腔掺铒光纤激光器进行了研究,获得输出功率为69mW的环形腔掺铒光纤激光器,输出波长为1562nm,线宽42pm,斜率效率达25.2%。提出在激光器中插入可调谐光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器作为波长调谐元件,获得可调谐环形腔光纤激光器,调谐波长范围为93nm(1502nm~1595nm),整个调谐范围内最大线宽小于40pm,输出功率达43mW。对可调谐掺铒环形腔光纤激光器进行了结构上的优化和改进,为消除激光器的放大自发辐射噪声,以及获得更宽的调谐范围,提出采用双隔离器结构的可调谐激光器,测得可调谐波长范围为104nm(1513nm~1617nm),在整个调谐范围内最大线宽小于40pm,输出功率达49mW。在以上研究的基础上研制了可调谐掺铒环形腔光纤激光器样机。开展了可调谐光源应用在光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratting,FBG)传感检测中的可行性验证实验,探测到了传感光栅反射回的光强信号。证明将该可调谐激光光源用于传感检测中的可行性,目前本实验室正在研制相关数字信号处理系统,相关实用化研究正在进行。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  7
  1.2 光纤激光器概述  7-10
    1.2.1 线形腔光纤激光器  8-9
    1.2.2 环形腔光纤激光器  9-10
  1.3 可调谐光纤激光器的发展现状  10-14
  1.4 可调谐光纤激光器应用研究  14
  1.5 本论文的工作  14-16
第2章可调谐掺铒光纤激光器理论研究  16-30
  2.1 增益介质的特性  16-18
    2.1.1 掺铒光纤的能级结构  17
    2.1.2 掺铒光纤的发光机理  17-18
  2.2 掺铒光纤激光器速率方程  18-20
  2.3 可调谐环形腔掺铒光纤激光器理论模型  20-22
  2.4 可调谐环形腔掺铒光纤激光器的数值模拟  22-25
    2.4.1 掺铒光纤长度对激光输出的影响  22-23
    2.4.2 输出耦合比对激光输出的影响  23
    2.4.3 腔内损耗对激光输出的影响  23-24
    2.4.4 泵浦功率对激光输出的影响  24-25
  2.5 可调谐光纤法布里-珀罗滤波器简介  25-29
    2.5.1 可调谐光纤法布里-珀罗滤波器的原理结构  25-27
    2.5.2 可调谐光纤法布里-珀罗滤波器的性能指标  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章可调谐环形腔掺铒光纤激光器实验研究  30-43
  3.1 环形腔掺铒光纤激光器实验研究  30-32
    3.1.1 实验装置  30-31
    3.1.2 实验结果及分析  31-32
  3.2 可调谐环形腔掺铒光纤激光器实验研究  32-35
    3.2.1 实验装置  32-33
    3.2.2 实验结果及分析  33-35
  3.3 可调谐环形腔掺铒光纤激光器结构优化设计  35-42
    3.3.1 可调谐环形腔掺铒光纤激光器的优化  36-38
    3.3.2 光纤连接特性对激光器输出的影响  38-41
    3.3.3 可调谐环形腔掺铒光纤激光器样机研制  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 FBG 波长解调系统初步实验研究  43-50
  4.1 FBG 解调技术方案简介  43-44
  4.2 FBG 解调系统实验装置  44-46
  4.3 FBG 解调系统实验初步结果及分析  46-49
  4.4 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-55
攻读学位期间发表的学术论文  55-57
致谢  57

可调谐窄线宽光纤激光器研究

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