窄线宽光纤光栅优化设计及光谱控制

论文摘要

窄线宽光纤布拉格光栅(Narrow Linewidth Fiber Bragg Grating,NLFBG)是通过紫外光刻等方法使光纤纤芯中形成周期性折射率调制的新型光无源器件,主要对激光进行纵模调制,即对激光进行线宽控制,并同时起到谐振腔镜的作用。其具有的窄带反射特性和全兼容于光纤的优点,使之特别适用于窄线宽光纤激光器中。然而,基于窄线宽光纤光栅的光纤激光器极易产生受激拉曼散射效应(SRS),随着窄线宽光纤激光器功率的需求不断提升,SRS效应成为抑制其性能大幅提升的主要因素。因此如何抑制高功率窄线宽光纤激光器的SRS效应,从而大幅提升其输出光谱的线宽水平成为目前高功率激光领域亟待解决的重大难题。本文针对这一难题,从光纤激光器和光纤光栅的相关理论以及SRS的产生机理出发,对NLFBG进行了改进优化设计与制作,从而通过对光纤激光器中SRS效应的抑制作用来改善激光器的线宽,同时为了提高光纤光栅功率承载特性,提出了高低温相结合的退火方法。具体研究内容有:针对光纤激光器功率过高易产生SRS效应的问题,本文从光纤激光器的理论知识以及SRS效应的产生机理出发,提出了利用一种新型NLFBG抑制光纤激光器中SRS效应的方法,即在传统NLFBG上串联了啁啾倾斜光纤光栅(CTFBG),并对新型NLFBG的设计思路与数学模型进行了研究。依据基本理论及设计思路,对改进型NLFBG进行仿真,再结合理论与仿真,设计了一种具有SRS效应抑制效果的改进型NLFBG。为了能够精确刻写出改进型NLFBG,本文搭建了一套闭环型带有在线实时监测系统的高精度光纤光栅刻写系统;同时,为了提高改进型光纤光栅的功率承载特性,我们研究了光纤光栅的退火工艺与测试方法。最后,为了验证改进型NLFBG对光纤激光器系统输出光谱线宽的改善效果,分别对单腔振荡级光纤激光器和MOPA型光纤激光器进行实验研究。实验研究结果表明:改进型NLFBG对单腔振荡级光纤激光器输出光谱中SRS效应的抑制效果超过20dB(99%);对MOPA系统而言,将改进型NLFBG直接加入MOPA系统放大级对SRS效应的抑制效果优于加入种子源中的抑制效果。数据表明,将改进型NLFBG加入MOPA系统放大级中对SRS效应的抑制效果接近20dB(99%)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 窄线宽光纤激光器的国内外研究现状
•     1.2.2 基于光纤光栅的SRS效应抑制方法发展状况
•   1.3 本文主要研究内容
• 2 改进型窄线宽光纤光栅的设计与仿真
•   2.1 光纤激光器的基本原理
•   2.2 SRS效应的产生机理
•   2.3 改进型窄线宽光纤光栅的模型与设计
•     2.3.1 改进型窄线宽光纤光栅的数学模型
•     2.3.2 改进型窄线宽光纤光栅的设计
•   2.4 改进型窄线宽光纤光栅的仿真
•     2.4.1 第一级光栅的反射谱仿真
•     2.4.2 第二级光栅的透射光谱仿真
•   2.5 本章小结
• 3 改进型窄线宽光纤光栅的制作工艺
•   3.1 改进型窄线宽光纤光栅的刻写方法
•     3.1.1 光纤光栅刻写系统的改进
•     3.1.2 改进型窄线宽光纤光栅的刻写工艺
•   3.2 改进型窄线宽光纤光栅的退火工艺与测试方法
•     3.2.1 改进型窄线宽光纤光栅的退火工艺
•     3.2.2 改进型窄线宽光纤光栅的测试方法
•   3.3 本章小结
• 4 改进型窄线宽光纤光栅对光纤激光器的线宽控制效果实验
•   4.1 改进型窄线宽光纤光栅对单腔振荡级光纤激光器的线宽控制实验
•     4.1.1 实验方案及系统
•     4.1.2 实验过程及数据分析
•   4.2 改进型窄线宽光纤光栅对MOPA型光纤激光器的线宽控制实验
•     4.2.1 实验方案及系统
•     4.2.2 实验过程及数据分析
•   4.3 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 舒剑

导师: 沈华

关键词: 光纤激光器,窄线宽光纤光栅,啁啾倾斜光纤光栅,受激拉曼散射效应,优化设计

来源: 南京理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 南京理工大学

分类号: TN248;TN253

DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.000510

总页数: 62

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