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窄线宽光纤激光器在光纤通信、光纤传感等领域中具有广泛的应用前景。与其他半导体激光器、固体激光器、气体激光器等传统的激光器相比,光纤激光器具有:高增益、低阈值(几十毫瓦量级)、低噪声、高效率、寿命长、单色性好和高稳定性、小型化、易与传输光纤耦合等特点。目前,窄线宽光纤激光器3dB线宽普遍在kHz量级,如何进一步获得更窄线宽的光纤激光器,是激光领域的研究热点之一。
本文工作的主要内容包括:
提出在光纤激光器中采用并行反馈结构和光纤分形光路结构,从理论上证明:新结构可以有效增大激光器自由光谱范围(FSR),并且有非常好的抗干扰性能,和压窄激光器线宽的作用;在此基础上用保偏光纤和多模光纤搭建并行反馈结构环形腔光纤激光器模型。
基于上述模型,运用不同长度、段数、芯径的多模光纤进行光纤激光器的性能对比实验。通过对比实验,验证了并行反馈结构可以有效增大激光器自由光谱范围(FSR),并且有非常好的抗干扰性能;用76km光纤搭建了延时自外差法线宽测试装置,研究该结构对线宽压窄趋势。通过对1段、5段、7段等多模光纤级联构成的激光器的实测线宽对比,激光器线宽从170Hz压窄到15Hz,验证了光纤分形光路结构具有压窄线宽的作用。
对不同长度的单段保偏光纤和45°级联焊接的多段保偏光纤构成光纤激光器进行对比实验,验证了并行反馈结构可以有效增大激光器自由光谱范围(FSR),和光纤分形光路可以有效压缩激光器线宽。在搭建基于可饱和吸收体实现单纵模激光器的基础上,改进获得保偏光纤级联的混合型单纵模光纤激光器,进行了2段和3段保偏光纤级联结合可饱和吸收体结构的单向窄线宽单纵模光纤激光器线宽性能对比试验,利用上述76km延时自外差法线宽测量装置进行线宽测试表明,3dB线宽从260Hz压窄到30Hz。