波长可调谐的掺铥光纤激光器

摘要

光纤激光器凭借低阈值、高增益、高效率、结构紧凑、输出波长多且易于调谐等优点，在上个世纪六十年代问世后，其种类数量和性能应用都得到了长足的发展。特别是利用掺铥光纤产生的2μm波段的激光，属于人眼安全波段，且在遥感、光通信、医疗和工业加工领域都有重要应用，近年来在国际上引起了科研人员的广泛关注。当前对掺铥光纤激光器的研究主要集中在如何实现大功率和脉冲输出上。另一方面，波长调谐技术是光纤激光器的一大重要优势，波长可调谐激光器在光纤传感、光学器件检测、光谱分析和波分复用系统中有着巨大应用。为了结合两方面的优势，本文作者对几种波长可调谐的掺铥光纤激光器进行了实验研究。所做主要工作如下:
　　首先利用保偏光纤制作的塞格纳克环形镜，采用实验室自制的1565nm的掺饵光纤激光器泵浦，搭建了波长可切换可调谐的掺铥光纤激光器。实验测试了不同长度保偏光纤制作的塞格纳克环形镜的滤波特性，讨论并优化了结构参数，通过调节光纤塞格纳克环形镜中的偏振控制器，实验得到了室温下可在单波长调谐输出和双波长稳定输出两种模式间切换的掺铥光纤激光器。激光器工作在1860nm附近，波长调谐范围约为10nm。
　　为了扩大调谐范围，我们基于多模干涉原理，采用1565nm的掺饵光纤激光器泵浦，搭建了液位控制波长可调谐的掺铥光纤激光器。实验利用一段大直径无芯光纤制作了波长可调谐单模-多模-单模(SMS)结构的带通滤波器，探究了它在不同外加折射率液体下波长的调谐性能，并得到最优的结构参数。通过在激光器结构中引入这个波长可调谐的多模干涉带通滤波器，实验实现了1860nm附近约45nm单波长的可调谐激光输出。
　　最后我们利用磁流体能在磁场中改变折射率的特性，基于多模干涉原理，采用793nm的激光二极管泵浦，搭建了电流控制的波长可调谐掺铥光纤激光器。实验利用一段普通直径的无芯光纤制作了SMS结构带通滤波器，将其放入充满磁流体的密封毛细管中，通过外加电磁场实现了滤波器1950nm附近约4nm的调谐性能。通过在激光器结构中引入这个波长可调谐的多模干涉带通滤波器，实验得到1950nm激光输出，但由于滤波器通带宽度过大，激光输出并不稳定。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 光纤激光器的特点

1．3 光纤激光器的应用

1．4 掺铥光纤激光器的特点及应用

1．5 掺铥光纤激光器最新研究成果

1．6 本文的研究意义和内容编排

2 掺铥光纤激光器的基本理论分析

2．1 掺铥光纤激光器的基本结构和工作原理

2．2 掺铥光纤激光器的谐振腔结构

2．3 掺铥光纤激光器的泵浦耦合技术

2．3．1 掺铥双包层光纤结构

2．3．2 泵浦耦合方式

2．4 掺铥光纤激光器泵浦方案及其对比

2．4．1 Tm3+离子的能级结构及光谱特性

2．4．2 掺铥光纤激光器的泵浦方案

2．5 传统的光纤激光器波长调谐技术

2．6 本章小结

3 波长可切换可调谐的掺铥光纤激光器

3．1 光纤塞格纳克环形镜基本原理分析

3．2 光纤塞格纳克环形镜搭建及其特性测试

3．3 可切换可调谐掺铥光纤激光器实验

3．4 本章小结

4 液位控制的波长可调谐掺铥光纤激光器

4．1 SMS多模干涉带通滤波器原理分析

4．2 无芯光纤SMS多模干涉滤波器制作及其特性测试

4．3 液位控制的波长可调谐掺铥光纤激光器实验

4．4 本章小结

5 电流控制的波长可调谐掺铥光纤激光器

5．1 电流控制的波长可调谐带通滤波器原理分析

5．2 电流控制的波长可调谐带通滤波器制作及其特性测试

5．3 电流控制的波长可调谐掺铥光纤激光器实验

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢

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