小型化可调谐中红外全光纤脉冲激光器的研究

论文摘要

工作波长位于电磁波谱中红外区域（2-20 μm）的激光源在工业制造、激光医疗、分子检测、大气传感等众多领域具有潜在的应用价值。在过去的40年中,中红外光子学领域取得了长足的进步,固体激光器、量子级联激光器、光学参量放大器以及使用稀土离子掺杂光纤作为增益介质的光纤激光器等一系列不同类型的中红外激光源被相继报道。其中,中红外光纤激光器相比于其他类型的激光器而言,具有转换效率高、光束质量好、成本低廉等优势,因此受到了全世界科研工作者的广泛关注和研究。尽管发展迅速,中红外光纤激光器目前仍面临着一些挑战,如:（1）中红外光纤激光器的谐振腔通常由氟化物光纤构成,由于这类光纤难以与普通的石英光纤熔接,传统的中红外光纤激光器常常采用体块结构的透镜组作为泵浦光输入和激光输出的耦合器件,不利于实现稳定的全光纤化激光系统。氟化物光纤光栅的出现为构成全光纤结构的激光谐振腔提供了解决方案,然而,在氟化物光纤中直接刻写光栅具有一定的操作难度,并且也会增加系统的总体成本。因此,提出一种构建全光纤中红外激光谐振腔的新方法具有重要的现实意义。（2）目前,几乎所有可调谐中红外光纤激光器都是采用衍射体光栅作为波长调谐器件,这种器件的加入也破坏了激光谐振腔的全光纤结构,并且会使激光系统变得更加复杂,稳定性变差。因此,很有必要探索出一种适用于全光纤结构的波长调谐技术。针对以上挑战,本学位论文瞄准实现小型化全光纤可调谐中红外脉冲光纤激光器这一研究课题,围绕工作在3 μm波段的掺Ho3+氟化物光纤激光器展开了相关的实验研究,主要内容如下:（1）使用光纤端面镀膜镜代替传统的体块状透镜作为激光耦合器件,成功构建了稳定的小型化全光纤3 μm中红外激光谐振腔。为了优化3 μm掺Ho3+氟化物光纤激光器的工作性能,采用不同长度的增益光纤以及不同波长的激光泵浦源进行了比较实验研究。在同一种谐振腔结构中,波长为1.15 μm和1.19μm的自制拉曼光纤激光器分别用来泵浦长度为40 cm、55cm和95 cm的Ho3+:ZBLAN增益光纤,并对3 μm激光阈值、输出波长、输出功率和斜效率等基本参数进行对比,实验结果对3 μm掺Ho3+氟化物光纤激光器的设计与优化具有重要的指导意义。（2）提出了一种适用于全光纤激光系统的新型波长调谐方法,该方法采用一对偏芯陶瓷插芯光纤接头来构成损耗调节装置,通过调节激光器谐振腔内的损耗来实现中红外激光输出波长的连续调谐。将这种方法应用于3 μm掺Ho3+氟化物光纤激光器,成功获得了小型化可调谐3 μm全光纤激光器。此外,基于这种紧凑和稳定的全光纤结构,还探究了 3 μm激光脉冲产生的有效方案,并首次在3 μm光纤激光器中实现了自调Q运转,在保持激光器本身小型化全光纤结构的同时获得了 3μm激光的脉冲输出。（3）采用增益开关技术进一步对小型化中红外全光纤脉冲激光器进行了研究,通过使用自制的1.15 μm脉冲拉曼光纤激光器泵浦掺Ho3+氟化物增益光纤,成功获得了 3 μm波段的脉冲激光,并进一步研究对比了不同泵浦功率、不同泵浦脉冲重频下3 μm激光脉冲的动态演变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 3 μm光纤激光器的基本构成
•     1.1.1 光纤基质
•     1.1.2 增益离子
•   1.2 3 μm光纤激光器的研究现状
•     1.2.1 3μm光纤激光器输出功率的发展
•     1.2.2 3 μm调Q光纤激光器的发展
•     1.2.3 3 μm锁模光纤激光器的发展
•     1.2.4 3 μm增益开关光纤激光器的发展
•     1.2.5 3 μm可调谐光纤激光器的发展
•   1.3 选题意义和创新点
•   1.4 本章小结
• 第二章 3 μm全光纤激光器的构建与优化: 比较实验研究
•   2.1 中红外全光纤激光器的构建
•     2.1.1 1.15 μm和1.2 μm拉曼光纤激光泵浦源的搭建
•     2.1.2 3 μm全光纤激光谐振腔的设计
•   2.2 3 μm全光纤激光器的比较实验研究
•   2.3 本章小结
• 第三章 中红外可调谐自调Q全光纤激光器的研究
•   3.1 基于腔内损耗调节的波长调谐技术
•   3.2 3 μm可调谐连续光全光纤激光器的实现
•   3.3 3μm可调谐自调Q全光纤激光器的实现
•   3.4 本章小结
• 第四章 中红外增益开关脉冲全光纤激光器的研究
•   4.1 3 μm增益开关全光纤激光器的实现
•   4.2 3 μm增益开关全光纤激光器的脉冲动态研究
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本文总结
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李维炜

导师: 罗正钱

关键词: 中红外,光纤激光器,波长可调谐,脉冲激光,光纤

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 厦门大学

分类号: TN248

总页数: 89

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