1057nm单频光纤激光器【字数：11702】
摘 要单频光纤激光器，因其所具有的极窄的线宽和低噪声的优势，在光纤通信，光纤传感等领域有着广泛应用，尤其是其体积小巧，对电磁场的抗干扰能力强，因此特备适用于作为光纤激光传感器。本文通过介绍光纤激光器的基本原理，进而分析单品光纤激光器的工作原理以及单频的实现方法，最后在掺镱光纤激光器中与饱和吸收体相结合所构成的结构，实现1057nm的稳定单纵模激光输出，并结合实验数据，分析激光的输出特性。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景与现状 1
1.1.1 光纤激光器的应用 1
1.1.2窄线宽单频光纤激光器的简介 3
1.2 单频窄线宽光纤激光器的发展状况 4
1.3 本章小结 5
2.单频光纤激光器的理论基础 6
2.1 光纤激光器的工作原理 6
2.1.1 激光产生的条件 6
2.1.2光纤激光器的基本结构 7
2.2单频光纤激光器的实现方法 8
2.2.1 基于短腔法的单纵模光纤激光器实现单频输出 8
2.2.2利用饱和吸收体得到单频激光 9
2.3 本章小结 9
3 掺镱光纤激光器的工作原理 10
3.1掺镱光纤激光器的能级结构 10
3.1.1镱离子的能级结构 10
3.1.2激光的四能级系统 10
3.2镱离子的光谱特征 11
3.2.1 镱离子的的吸收与发射截面 11
3.2.2 激光泵浦源的选择 12
3.3 本章小结 13
4 1057nm单频激光器的原理及实验结果 14
4.1采用光纤光栅的可调谐单纵模掺镱光纤激光器 14
4.1.1级联WDM 14
4.1.2激光器的结构与工作原理 14
4.2 单频光纤激光器的输出特性 16
4.2.1 波长1057nm处PP曲线 16
4.2.2单纵模的输出光谱 16
4.2.3单纵模激光频谱以及输出功率稳定性 18
4.2.4 正反向ASE谱 20
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
本章小结 21
5 1057nm单频光纤激光器实验总结 22
参考文献 23
致谢 25
1 绪论
课题背景与现状
随着激光技术的不断发展，相干光源的种类越来越多。其中，应用最广泛的激光器之一就是光纤激光器。光纤激光器的发明有赖于Erbium Doped Fiber Amplifier (简称EDFA) 技术的提出和发展。目前，对于光纤激光器的研究已发展成为光电子技术领域最前沿的研究课题之一，并越来越受到人们的重视。光纤激光器因其自身的诸多不可替代的优点而引起学者们的广泛关注，这些优点包括，高光束质量、高功率密度、高效率、高稳定性、易冷却、长寿命等。
与半导体激光器发展趋势相类似，光纤激光器的研究目前正朝单频率、高峰值功率、高功率稳定性、超窄线宽等方向发展。除此之外，光纤激光器还有不少实用化的发展方向，如激光系统的小型化、集成化、激光操控软件的智能化等。目前，不少科研或生产领域还对光纤激光器的光学性能指标提出了更多更新颖的需求，包括宽光谱线宽、峰值功率、可调谐光脉冲宽度等等。不同的需求逐渐的衍生出不同的比较火的发展方向。这些不同的发展方向中包含了朝短脉冲方向研发出来的超短脉冲光纤激光器，向高峰值功率、高平均功率发展的高功率光纤激光器，向单模方向发展的单纵模光纤激光器等。随着人们对不同研究方向的深入探究，各式各样、不同用途的光纤激光器应运而生。
根据应用种类的不同，光纤激光器可分为，超短脉冲光纤激光器、超高功率光纤激光器、窄线宽光纤激光器和拉曼放大光纤激光器。窄线宽光纤激光器在传感和精密光谱测量方面起关键作用。高功率窄线宽光纤激光器在国防军事、石油资源勘探、两岸通信，管道监控等领域应用广泛，并且，高功率窄线宽光纤激光器是构建远距离、超高精度和超高敏感度新型传感系统的特殊光源[1]。
1.1.1 光纤激光器的应用
光纤激光器的运用领域可主要分成5大部分，它们分别为工业、通讯、医疗、军事以及传感领域。下面我们将对其进行简单介绍。
（1）光纤激光器在工业上面的应用
在工业生产中，由于工业的高要求，使得光纤激光器在工业上需要具有高可靠性，体积小，便于操作以及安全的特性。而光纤激光器的诞生，则促进了工业生产的发展，目前，光纤激光器的激光打标、激光焊接、激光切割等在工业领域中应用广泛。在激光打标方面，由于激光器能够产生高质量的相干光束，并且具备定位精确的特点，上述特点得以使光纤激光器打标迅速取代效率低下的二氧化碳激光系统打标[2]。而随着千瓦量级甚至万瓦量级的光纤激光器的成功发明，光纤激光器在激光焊接和激光切割领域中独树一帜。尤其需要注意的是，在微纳材料、微纳器件加工方面，光纤激光器还大大提高了微型焊接的精度和成功率。
（2）光纤激光器在通讯领域的应用
相比与其他类别激光器，光纤激光器的散热、产生光束的质量、激光器本身的体积以及激光器与现有体系的兼容性等方面都存在着明显的优势。特别是随着波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)技术的不断完善和发展，目前，人们已经能够实现利用单根光纤传输多路信号的方案了。由此可见，光纤激光器在通讯方面的意义非凡。
长期的研究发现，光纤通讯的最适合载波波段为1.55 μm，这和光纤本身的光学响应是有关的，1.55 μm波段的光脉冲吸收最小，非线性效应最小。因此，1.55 μm的光源是当前市面上通讯体系的最适合光源。另外，10GHz 与40 GHz的主动锁模光纤激光器[3]也已研制成功，并且得到广泛运用。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景与现状 1
1.1.1 光纤激光器的应用 1
1.1.2窄线宽单频光纤激光器的简介 3
1.2 单频窄线宽光纤激光器的发展状况 4
1.3 本章小结 5
2.单频光纤激光器的理论基础 6
2.1 光纤激光器的工作原理 6
2.1.1 激光产生的条件 6
2.1.2光纤激光器的基本结构 7
2.2单频光纤激光器的实现方法 8
2.2.1 基于短腔法的单纵模光纤激光器实现单频输出 8
2.2.2利用饱和吸收体得到单频激光 9
2.3 本章小结 9
3 掺镱光纤激光器的工作原理 10
3.1掺镱光纤激光器的能级结构 10
3.1.1镱离子的能级结构 10
3.1.2激光的四能级系统 10
3.2镱离子的光谱特征 11
3.2.1 镱离子的的吸收与发射截面 11
3.2.2 激光泵浦源的选择 12
3.3 本章小结 13
4 1057nm单频激光器的原理及实验结果 14
4.1采用光纤光栅的可调谐单纵模掺镱光纤激光器 14
4.1.1级联WDM 14
4.1.2激光器的结构与工作原理 14
4.2 单频光纤激光器的输出特性 16
4.2.1 波长1057nm处PP曲线 16
4.2.2单纵模的输出光谱 16
4.2.3单纵模激光频谱以及输出功率稳定性 18
4.2.4 正反向ASE谱 20
4.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
本章小结 21
5 1057nm单频光纤激光器实验总结 22
参考文献 23
致谢 25
1 绪论
课题背景与现状
随着激光技术的不断发展，相干光源的种类越来越多。其中，应用最广泛的激光器之一就是光纤激光器。光纤激光器的发明有赖于Erbium Doped Fiber Amplifier (简称EDFA) 技术的提出和发展。目前，对于光纤激光器的研究已发展成为光电子技术领域最前沿的研究课题之一，并越来越受到人们的重视。光纤激光器因其自身的诸多不可替代的优点而引起学者们的广泛关注，这些优点包括，高光束质量、高功率密度、高效率、高稳定性、易冷却、长寿命等。
与半导体激光器发展趋势相类似，光纤激光器的研究目前正朝单频率、高峰值功率、高功率稳定性、超窄线宽等方向发展。除此之外，光纤激光器还有不少实用化的发展方向，如激光系统的小型化、集成化、激光操控软件的智能化等。目前，不少科研或生产领域还对光纤激光器的光学性能指标提出了更多更新颖的需求，包括宽光谱线宽、峰值功率、可调谐光脉冲宽度等等。不同的需求逐渐的衍生出不同的比较火的发展方向。这些不同的发展方向中包含了朝短脉冲方向研发出来的超短脉冲光纤激光器，向高峰值功率、高平均功率发展的高功率光纤激光器，向单模方向发展的单纵模光纤激光器等。随着人们对不同研究方向的深入探究，各式各样、不同用途的光纤激光器应运而生。
根据应用种类的不同，光纤激光器可分为，超短脉冲光纤激光器、超高功率光纤激光器、窄线宽光纤激光器和拉曼放大光纤激光器。窄线宽光纤激光器在传感和精密光谱测量方面起关键作用。高功率窄线宽光纤激光器在国防军事、石油资源勘探、两岸通信，管道监控等领域应用广泛，并且，高功率窄线宽光纤激光器是构建远距离、超高精度和超高敏感度新型传感系统的特殊光源[1]。
1.1.1 光纤激光器的应用
光纤激光器的运用领域可主要分成5大部分，它们分别为工业、通讯、医疗、军事以及传感领域。下面我们将对其进行简单介绍。
（1）光纤激光器在工业上面的应用
在工业生产中，由于工业的高要求，使得光纤激光器在工业上需要具有高可靠性，体积小，便于操作以及安全的特性。而光纤激光器的诞生，则促进了工业生产的发展，目前，光纤激光器的激光打标、激光焊接、激光切割等在工业领域中应用广泛。在激光打标方面，由于激光器能够产生高质量的相干光束，并且具备定位精确的特点，上述特点得以使光纤激光器打标迅速取代效率低下的二氧化碳激光系统打标[2]。而随着千瓦量级甚至万瓦量级的光纤激光器的成功发明，光纤激光器在激光焊接和激光切割领域中独树一帜。尤其需要注意的是，在微纳材料、微纳器件加工方面，光纤激光器还大大提高了微型焊接的精度和成功率。
（2）光纤激光器在通讯领域的应用
相比与其他类别激光器，光纤激光器的散热、产生光束的质量、激光器本身的体积以及激光器与现有体系的兼容性等方面都存在着明显的优势。特别是随着波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)技术的不断完善和发展，目前，人们已经能够实现利用单根光纤传输多路信号的方案了。由此可见，光纤激光器在通讯方面的意义非凡。
长期的研究发现，光纤通讯的最适合载波波段为1.55 μm，这和光纤本身的光学响应是有关的，1.55 μm波段的光脉冲吸收最小，非线性效应最小。因此，1.55 μm的光源是当前市面上通讯体系的最适合光源。另外，10GHz 与40 GHz的主动锁模光纤激光器[3]也已研制成功，并且得到广泛运用。
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