基于微球滤波制作掺铒光纤激光器的研究

论文摘要

近年来,微球由于其高品质因数受到越来越多的关注,并且日益应用到各种领域,具有广泛的市场前景。现代激光技术中光纤激光器一直是研究的热点,其结构简单,易于制造,在可靠性和稳定性方面都有着很大的优势,因此被广泛应用到医疗、传感、分析光谱等各个领域。本文工作主要是基于微球的回音壁模式的特性结合掺铒光纤激光器的环形结构进行实验研究,并实现激光输出。本文的主要工作有以下几个方面:1.对于光纤激光器的发展以及优异特性进行了基本介绍,然后介绍了掺铒激光器的发展。最后对微腔的发展以及在滤波方面进行了研究,因为微腔与锥形光纤耦合的特点,微腔可以对传播的光束进行过滤选择,而且微球具有高Q模式的特点,其在滤波方面有着很好的前景。2.研究铒离子的发光原理,针对三能级跃迁系统进行理论分析。并且分析了微球腔的场理论,针对锥形光纤的耦合部分理论进行了分析,研究了微球用作滤波器的理论。为方便计算,将其球模型根据能量分布简化为微环处理。同时,本文也对实验中的重要器件的理论也进行了分析选取。3.通过理论提出激光器系统的设计结构进行详细分析,并研究了利用熔接机以及CO2激光器对已经处理的光纤通过熔融法烧制微球的实验,分析实验中的注意点,得到所需要的微球。同时针对微球品质因数,制作拉锥光纤、设计测量方法,分析耦合测试结构。4.对烧制微球以及耦合测试结果进行分析讨论。利用已经制作的微球结合掺铒光纤等相关器件搭建环形腔结构,实现单波长激光输出。实验泵浦源是中心波长为974 nm线宽1 nm的单波长光源,选用直径为250μm微球作为滤波器连入掺铒激光器环路之中,Q值为1.55?108。测量激光器输出中心波长为1560.76 nm,边模抑制比可达46 dB。对输出结果进行分析讨论,得出激光烧球功率对于微球直径影响以及最终激光输出功率与激光输入功率关系等结论。最后对于整个实验进行总结与展望,提出实验后续工作的可能方向。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 光纤激光器的基本介绍
•   1.2 掺铒光纤激光器的发展概况
•   1.3 微球腔的基本介绍
•   1.4 微腔在光学滤波方面的应用
•   1.5 本文主要内容
• 第二章 微球激光器的理论基础以及器件准备
•   2.1 引言
•   2.2 铒离子发光基本理论
•     2.2.1 稀土离子跃迁
•     2.2.2 铒离子的光谱特性与能级跃迁过程
•   2.3 掺铒光纤激光器的发光原理
•     2.3.1 光纤激光器介绍
•     2.3.2 三能级系统粒子跃迁发光原理
•   2.4 微球以及耦合理论
•     2.4.1 微球理论基础
•     2.4.2 微球腔自由光谱范围
•     2.4.3 微球腔品质因数
•     2.4.4 微球腔传播常数
•     2.4.5 微球腔耦合理论
•   2.5 微球滤波原理
•   2.6 重要器件选择
•     2.6.1 泵浦源
•     2.6.2 隔离器
•   2.7 本章小结
• 第三章 结构设计仿真以及实验器件制备
•   3.1 引言
•   3.2 实验设计思路与结构
•   3.3 微球直径对于微球FSR影响仿真
•   3.4 拉锥光纤直径与微球直径匹配仿真
•   3.5 微球腔的制备
•     3.5.1 光纤的处理
• 2激光器烧制微球'>    3.5.2 CO₂激光器烧制微球
•     3.5.3 熔接机烧制微球
•   3.6 拉锥光纤制作及其与微球耦合结构设计
•     3.6.1 拉锥光纤制作
•     3.6.2 拉锥光纤与微球耦合结构设计
•   3.7 本章小结
• 第四章 基于微球滤波的掺铒光纤激光器实验研究
•   4.1 引言
•   4.2 微球制作实验结果与分析
•     4.2.1 微球的制备与分析
• 2 激光器功率对于微球直径的影响'>    4.2.2 CO₂激光器功率对于微球直径的影响
•     4.2.3 微球耦合测试结果
•   4.3 激光器实验结果与分析
•     4.3.1 激光器输出结果
•     4.3.2 激光器单模输出时输出功率与泵浦功率关系
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作创新与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 路游

导师: 王玲芳

关键词: 微球,滤波器,掺铒光纤激光器,环形腔

来源: 电子科技大学

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: 电子科技大学

分类号: TN248

总页数: 62

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