基于空间光调制器的模式激励激光器研究

论文摘要

模分复用技术(MDM:Mode division Multiplexing)作为空分复用技术(SDM:Space Division Multiplexing)的一种实现形式,利用不同高阶横模相互正交的特性,把不同的横模作为独立的信道,将光波中的空间维度作为新的复用维度,大幅提高了光通信容量。高阶横模的激励和转换是模分复用技术的前提,是模分复用通信系统技术中的关键技术之一。近几年,按需模式激光器成为人们的研究热点。所谓按需模式激光器,就是指能够产生任意高阶模式的激光器。目前,波长在1064nm的按需模式激光器已经被提出,虽然此激光器能够实现任意模式的输出,但是由于其应用波段并不在光通信最低损耗窗口,很难应用到模分复用通信系统中。这就迫使我们对应用在光通信最低损耗窗口的按需激光器进行深入研究。本文针对模分复用系统的需求,通过模拟仿真和实验验证,对激光器谐振腔中模式激励、转换进行了深入研究,将多模式相位板应用在谐振腔中,从而实现了的基模和任意厄米一高斯模式的同时激励,然后进一步提出了一个在1550nm波段可以按需产生任意厄米—高斯模式的激光器。此激光器能够实现基模在激光器环形腔中循环震荡,任意厄米—高斯高阶模式的直接精确输出。通过加载不同的多模式相位板,可实现任意厄米—高斯模式激光器实现了厄米—高斯HGoo模到HG55模的精确输出。本论文的创新点和主要工作如下:1.提出了基模和厄米—高斯模式同时激励的多模式相位板根据空间光路中的模式激励和转换原理,提出了基模和厄米—高斯模式同时激励的多模式相位板。首先,使初始基模模场相位和目标厄米—高斯模场相位按照一定的方式叠加,然后引入闪耀光栅,使不同的模式具有不同的传播方向,为了弥补相位调制过程中的幅度损失,我们引入了超级像素技术,实现了幅度和相位的联合调制,最终形成了基模和厄米—高斯模式的多模式相位板,将此相位板加载到空间光调制器中,实现基模和厄米高斯模式的同时激励。2.提出了基于空间光调制器的按需厄米—高斯模式激光器本文提出了一种基于空间光调制器的按需厄米—高斯模式的激光器,将多模式相位板应用到激光器谐振腔中,使基模在激光器谐振腔中循环震荡,而任意高阶厄米—高斯模式直接精确输出。首先,通过科学仿真验证产生任意厄米—高斯模式激光器方案理论的可行性。然后,通过实验,搭建起包括激光器泵浦源、增益介质、模式转换模块和环形谐振腔在内的按需厄米—高斯模式激光器实验平台,通过对比仿真和实验结果,成功实现了HG00模到HG55模的精确输出。本实验利用掺铒光纤对980nm泵浦源高增益的特性,为激光器提供足够的增益。基于空间光调制器多模式相位板技术,灵活的实现模式激励、转换、控制。通过在空间光调制器中加载不同高阶厄米—高斯模式对应的相位板,实现了HG00模式到HG55模式的按需输出。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 模分复用通信系统
•   1.3 模式激励研究现状
•   1.4 论文结构和主要工作
• 第二章 光场模式理论和多模式相位板
•   2.1 光纤的模式理论
•     2.1.1 光纤的结构
•     2.1.2 光纤中的矢量模式
•     2.1.3 线性偏振模
•   2.2 拉盖尔—高斯光束
•   2.3 厄米—高斯光束
•   2.4 多模式相位板
•     2.4.1 二进制相位板
•     2.4.2 超级像素技术
•     2.4.3 多模式相位板和闪耀光栅
•   2.5 本章小结
• 第三章 按需厄米—高斯模式激光器实验方案研究
•   3.1 按需厄米—高斯模式激光器实验方案整体分析
•   3.2 按需模式激光器泵浦系统
•     3.2.1 980nm泵浦激光器
•     3.2.2 980nm光纤隔离器
•   3.3 按需模式激光器的增益介质
•   3.4 按需模式激光器的光学谐振腔
•     3.4.1 按需模式激光器中的波分复用器
•     3.4.2 按需模式激光器中的光纤准直器
•     3.4.3 按需模式激光器中的滤光片
•     3.4.4 按需模式激光器中的偏振控制部分
•     3.4.5 空间光调制器
•     3.4.6 按需模式激光器中的1550nm隔离器
•   3.5 按需模式激光输出观察部分
•   3.6 本章小结
• 第四章 实验过程及实验结果分析
•   4.1 仿真结果分析
•   4.2 实验过程
•     4.2.1 厄米—高斯模式转换空间光路搭建
•     4.2.2 按需厄米—高斯模式激光器的环形谐振腔的搭建
•   4.3 实验结果与仿真数据对比
•   4.4 按需厄米—高斯模式激光器性能参数分析
•     4.4.1 功率稳定性
•     4.4.2 激光器量子效率
•     4.4.3 激光器输出光谱
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 党冰峰

导师: 喻松

关键词: 空间光调制器,多模式相位板,厄米高斯模式,按需模式激光器

来源: 北京邮电大学

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: 北京邮电大学

分类号: TN248

总页数: 66

文件大小: 6547K

下载量: 81