基于Sagnac环形滤波镜1μm单频掺镱光纤激光器的研究

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单频激光技术在引力波探测、高精度光谱学、光纤传感、光参量振荡器等诸多领域都具有重要的实用价值。实现单频光纤激光器有很多种技术,常用的有超短腔、偏振非相干技术、饱和吸收掺杂光纤等。本文提出结合饱和吸收光纤和偏振非相干技术,即采用带有光纤饱和吸收体的Sagnac环形滤波镜与简单线形腔的结合体,同时引入偏振控制器来实现单频激光输出。并对1μm单频光纤激光系统进行了理论和实验研究。主要研究内容与具体结果如下:首先对掺镱光纤的小信号增益、线形腔内的功率分布以及最佳光纤长度进行了理论计算;从理论上对Sagnac环形滤波镜的滤波机制进行了阐释,并用Matlab对其滤波特性进行了计算;为了抑制线形腔内的空间烧孔效应引起的多纵模振荡,在增益光纤旁放置一个偏振控制器,以避免腔内驻波的形成。由于这种谐振腔设计的腔长较长,可以有效压窄单频激光的输出线宽。其次,在实验上,分别实现了输出波长为1064nm、1083nm单频光纤激光器。其中1064nm单频激光在泵浦功率为120mW时,获得最高输出功率为32mW;斜率效率为33.8%;功率波动小于2%;信噪比约为60dB。而1083nm单频激光在泵浦功率为150mW时,获得最高输出功率35mW,斜率效率为31.8%。用光纤延时自外差法对1083nm的单频激光输出线宽进行了测量,测得实际线宽为5kHz。最后,基于波长可调谐原理,我们用温度调谐的办法实现了1μm波长可调谐单频光纤激光器,其调谐范围为1064.06nm-1065.75nm。当温度每升高30摄氏度时,波长向长波长方向移动0.33nm左右。用F-P干涉仪检测,当系统温度稳定时,证实谐振腔为单纵模振荡输出。
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