关键词：
分布反馈光纤激光器
窄线宽激光
线宽测试
噪声抑制
摘要：
窄线宽分布反馈光纤激光器同时具有本征单纵模和高度环境敏感的振弦结构的特点,在低噪声单频光源和光纤激光传感技术等领域扮演着至关重要的角色。近年来,随着窄线宽光源应用领域的不断扩展,人们对于低噪声单频光源的稳定性和线宽等指标的关注度日益增加,如何提高激光器稳定性、降低激光器的噪声以及压缩输出激光的线宽成为重要的研究热点,但是,伴随着线宽指标和噪声指标的快速提高,现有通过光谱仪等仪器设备进行测量已经难以满足实际需求,例如光谱仪的波长分辨率已经无法完成线宽达到k Hz量级水平的激光性能测量需求,迫切需要研究精度更高的测量手段。
本论文探讨了窄线宽分布反馈光纤激光器的噪声与线宽机理,研究了线宽展宽机制以及噪声产生原因,针对激光器线宽测量和噪声测量技术需求,研究和搭建了基于延时自零差法的激光测量系统,详细说明了该测量系统的原理、结构和参数指标,实现了窄线宽光纤激光器的噪声和线宽准确测量。基于该测量系统,开展了窄线宽光纤激光器刻写制备、线宽抑制和封装等实验研究,验证了窄线宽激光器噪声和线宽理论,测试了基于延时自零差法的窄线宽分布反馈光纤激光器噪声与线宽测量系统在实际应用中的有效性和可行性,对于推动分布反馈光纤激光器噪声抑制技术的发展及其在各个领域的应用提供参考。
本学位论文围绕窄线宽分布反馈光纤激光器线宽、噪声测量技术及其噪声抑制等关键技术开展研究,具体研究内容包括:
首先,简要概述了光纤激光器的发展历程,介绍了不同的激光器分类标准,调研了国内外光纤激光器噪声与线宽测试技术的研究现状,阐明了窄线宽分布反馈光纤激光器噪声及线宽测试技术的必要性,同时对光纤激光器的噪声抑制技术的发展做了归纳。
第二,详细介绍了分布反馈光纤激光器的结构及其工作原理,并详细阐述了该类型激光器的噪声和线宽等特征参数。研究了驰豫振荡对分布反馈光纤激光器相对强度噪声的影响,增加的,解释了泵浦扰动和腔内损耗引起驰豫振荡的原因,进一步研究了泵浦功率、环境温度等变量对分布反馈光纤激光器的噪声贡献度,通过数值分析探讨了这些变量引起的变化趋势,为后续实验结果的分析提供理论依据。此外,对频率噪声的噪声产生机理也进行了推导,讨论了本征线宽及线宽展宽因素,进一步丰富了分布反馈光纤激光器的理论,也为后续测量系统的搭建提供了实际指导。
第三,针对窄线宽分布反馈光纤激光器线宽和噪声测量需求,设计和搭建了覆盖Hz-MHz宽频段的噪声与线宽测量系统。详细介绍了窄线宽激光器线宽和噪声测量系统的结构原理,详细给出了各部分器件的参数和型号。基于Labview平台,结合快速傅立叶变换算法,得到了激光信号的功率谱密度,实现了分布反馈光纤激光器在Hz-MHz宽频段的强度噪声与线宽特性测量。
第四,研究了激光线宽和噪声测试系统的本底噪声,并深入研究和探讨了窄线宽分布反馈光纤激光器的噪声线宽与噪声测量数据处理分析方法。进一步针对窄线宽光纤激光器噪声和线宽等重要参数的影响因素,利用控制变量法,实验验证了泵浦功率、温度、声音振动、机械应力等对窄线宽分布反馈光纤激光器特性(诸如输出功率、相对强度噪声、线宽)的影响。利用被动稳频技术对分布反馈光纤激光器的强度噪声进行抑制,设计出高抗振动干扰的封装方案,实现激光器噪声初步抑制,改良噪声幅度最高可达5 dB,有效抑制了线宽展宽,提高了激光输出稳定性,为窄线宽分布反馈光纤激光器的性能提高提供了切实可行的途径。
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