窄线宽线偏振掺镱纳秒脉冲光纤放大器实验研究

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窄线宽脉冲光纤激光器由于具有光谱线宽窄、噪声低、光束质量好等诸多优势,使其在激光雷达、测量、测距、相干合成、倍频等领域有着重要的应用价值。随着光纤拉制工艺的成熟和主振荡功率放大(MOPA)技术的出现,窄线宽脉冲光纤激光器的输出功率有了显著的提高,单脉冲能量也达到了毫焦量级。然而,由于窄线宽光纤放大器中存在着非常严重的受激布里渊散射(SBS)效应,这使其输出的功率很难进一步提高。目前国内对于单频掺镱光纤激光器的技术研究还不是很成熟,尤其是对高稳定的、能够实现工程化的单频掺镱光纤激光器的研究还面临着许多挑战,因此研究如何获得高能量、高稳定性的窄线宽光纤激光器具有非常重要的意义。本文对窄线宽线偏振脉冲光纤激光器展开了理论和实验上的研究,主要工作内容包括以下几个方面:  1、对窄线宽光纤激光器的研究背景以及国内外的研究现状进行了介绍。分析了窄线宽光纤激光器相对于传统激光器的优势,同时列举了其在太赫兹源、光纤传感及光通信等众多领域的应用。  2、从掺镱光纤的能级结构出发,对光纤中受激布里渊散射(SBS)的物理模型进行简单的介绍,对光纤中SBS产生的机理进行了详细的阐述,并且理论推导出了窄线宽光纤放大器中受激布里渊散射的阈值公式;对窄线宽掺镱光纤放大器的理论模型进行了分析,给出了窄线宽掺镱光纤放大器所满足的速率方程和边界条件;针对窄线宽光纤放大器中容易产生SBS效应的问题,提出了几种能够有效提高SBS阈值,从而抑制SBS的方法,并对每种方法的可行性进行分析。  3、介绍了获得窄线宽线偏振光纤激光输出的常用方法,对每种方法的优点和缺点进行分析。搭建了一台窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器,并且在不同的重复频率下对其输出功率、光谱、脉冲波形等特性进行监测分析,最终获得了单脉冲能量毫焦量级的激光输出。  4、对激光腔外同步调制技术进行了实验研究,详细介绍了电光调制器(EOM)和声光调制器(AOM)的基本原理。采用两种不同的方法实现了EOM和AOM对信号光的同步调制,并对调制结果进行了分析。采用EOM和AOM结合的方法对信号光进行同步调制,成功解决了单个调制器调制后还会有连续光成分的问题,得到了高消光比的脉冲激光,为下一步高效率的放大做了良好的准备。
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