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高质量种子源光纤激光器技术研发历程‘热彩娱乐’

时间:2021-02-15
本文摘要:互易光学种子源光纤激光器的性能要求高功率纯光纤MOPA激光系统的输入光谱、线宽和频率稳定性。作为高质量的种子光源,首先需要具有宽线宽、低稳定性和低信噪比,然后还要坚持不同应用所必需的其他功能特性,如波长回声、单/双波长可切换和双波长间隔回声。

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互易光学种子源光纤激光器的性能要求高功率纯光纤MOPA激光系统的输入光谱、线宽和频率稳定性。作为高质量的种子光源,首先需要具有宽线宽、低稳定性和低信噪比,然后还要坚持不同应用所必需的其他功能特性,如波长回声、单/双波长可切换和双波长间隔回声。在过去的20年里,研究人员仍在寻找构建单频窄线宽激光输入的方法,也明确提出了基于不同技术的单频宽线宽光纤激光器,特别是1.5m波段的掺铒光纤激光器,由于其波段是光纤通信的低损耗窗口,考虑到长距离通信和传感的市场需求,激光输入的相干特性受到高度排斥,激光器必须具有宽线宽,这使得掺铒光纤激光器向宽线宽方面发展。

近年来,研究者开始研究不同性能的单频宽线宽光纤激光器,也开始关注输入激光的高稳定性和低信噪比的特点。1.1单频窄线宽光纤激光器的研究与发展早在1986年,Jauncey等人就明确提出了宽线宽的概念。他们用掺钕光纤熔接光纤布拉格光栅,获得1084nm的激光输入,用傅里叶开关迈克尔逊干涉仪测量,激光输入线宽为16GHz;但由于只用于线腔结构,腔宽较长,激光器不在单频工作。直到1990年,岩冢才第一次获得窄线宽的单频激光输入,用于环形腔结构。

响应于15米宽掺铒光纤中使用的1毫米顺序宽带组合滤波器作为增益介质,成功获得了单频激光输入,并首次将其用于延时自差干涉仪。DSHI)测得激光线长,线宽超过1.4kHz,是当时最窄的激光,激光也获得了2.8nm波长的回声范围。1991年,Gowle等人明确提出了一种新型的环形腔光纤激光器,用于布拉格反射器作为波长总统选举滤波器,获得了稳定的1552nm波长的单频激光输入,用于延时自差测量获得大于10Hz的激光线长度,测量分辨率受25km延迟线长度的限制。

同年,帕克等人明确提出了一种基于环形腔结构的单频激光器,其中使用了两个法布里-珀罗(F-P)滤波器。当时激光器的输入稳定性最低,阈值只有1mw,回波范围宽至30nm。然而,激光器的输入信噪比很低,只有35dB,研究人员还没有测量激光器的线宽特性。

1992年,拉波尔塔等人制作了一种无腔光纤激光器,腔长仅为2.5毫米,激光输入功率为15毫瓦,波长为1532.2纳米,测得的线宽大于10千赫。同年,Zyskind等人也报道了短腔光纤激光器。

通过在掺铒光纤上加载一对布拉格光栅,制作了一个腔长仅为2厘米的谐振腔。利用法布里-珀罗干涉仪,测量激光器处于单频工作状态。由于允许的分辨率,他们只证明了激光器的线宽大于6兆赫,但没有对其实际线宽进行进一步的研究。

1993年,Chernikov等人明确提出了单波长和双波长短腔光纤激光器,两者都可以工作在单频状态;单波长激光器的输入线宽为30kHz,双波长激光器的输入线宽为16kHz,频率间隔为59GHz。1994年,Horowitz等人首次报道了不用泵浦掺铒光纤作为可饱和吸收体来扩展多纵模感应。

基于线性腔结构,构建了单频窄线宽激光输入,线宽仅为几千赫。同年,Kringlebotn等人通过在掺铒镱光纤上加载光纤布拉格光栅,首次制作了DFB单频光纤激光器。使用的有源光纤长度为2厘米,输出功率为2mW,但没有研究激光器的线宽特性。

1995年,程等人报道了一种基于饱和吸收体的环形腔单频掺铒光纤激光器。1535nm激光输入6.2mW,线宽大于950Hz,但激光器多年稳定性良好。同年,Guy等人通过在环形腔中重新加入光纤布拉格光栅作为超强窄带滤波器制作了光纤激光器,在1550nm波长下获得了线宽大于2kHz的激光输入。

这也是世界上首次报道光纤布拉格光栅作为窄带滤波器。1996年,Gloag等人报道了Sagnac环形腔光纤激光器用于光纤布拉格光栅作为波长总统选举滤波器。

在1530纳米获得1.6毫瓦的单频激光输入,这是测量分辨率所不允许的,线宽大于37千赫。同年,常等人首次报道了利用扭转模技术构建单频激光输入,并将其用于三个偏振控制器(PCs),输入波长为1534nm,线宽大于l0kHz。


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