窄线宽光纤激光器研究俞本立

采用光电负反馈电路后,光纤激光器的强度噪声有了很明显的改善,特别 是在弛豫振荡峰处强度噪声下降了约25 dB。
OEIAM 光电信息获取与控制教育部重点实验室
线偏振调频窄线宽光纤激光器结构
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输出激光特性测量
图1
图2
图1为激光零拍测量谱，激光由一个主模及一系列边模组成， 其间的小峰是由另一本征偏振态引发。
图2是激光线宽测量图，为了消除隔直电容的影响，采用了 数据拟合，可以看出激光输出线宽约为0.5kHz。
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2、利用光电负反馈实现对激 光器弛豫振荡噪声的抑制
“低噪声光纤激光器的实验研究” 光学学报，2006
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低噪声窄线宽光纤激光器特性
光谱测试图
降噪前后强度噪声对比图
通过光谱测试图可以看出该种结构有效的抑制了ASE光，提高了光谱信 噪比，光谱信噪比大于62 dB。
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窄线宽光纤激光器基本结构的比较
优点：结构简单
线形腔结构
缺点：调谐方法单一，调谐范围小
优点：调谐方法种类多样，调谐范围较大
环形腔结构
缺点：结构较为复杂
本实验室选择了环形腔激光器结构作为窄线宽光纤激光器的基本结构
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窄线宽光纤激光器的基本结构
线形腔
基本采用缩短谐振腔长 度以增大纵模间隔或消 除空间烧孔效应以实现 单频窄线宽输出
环形腔
基本采用窄带滤波的方法，由 于现有全光纤窄带滤波器带宽 仍然较宽很难实现单纵模输出， 目前常用的方法即利用一段未 泵浦有源光纤中形成的饱和吸 收体实现窄带滤波以得到窄线 宽输出
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窄线宽光纤激光器的研究进展
2004年
Christine Spiegelberg等人在DBR型 光纤激光器的结构之上，首先利用一段 长度为2cm的铒镱共掺磷酸盐光纤作为 增益介质，实现了线宽小于1kHz ，功 率200mW的激光输出。
丹麦的NKT Photonics公司采用分布反馈 型（DFB）结构制作的窄线宽光纤激光 器实现了线宽小于1kHz，功率200mW 的激光输出
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安徽大学窄线宽光纤激光器基本结构
环行器2脚连接的掺铒光 纤和光纤光栅是激光器 的关键器件，该段掺铒光 纤是一段未泵浦有源光纤， 其中形成的饱和吸收体 实现窄带滤波以得到窄 线宽输出
“线宽小于0.5kHz稳态的单频光纤环形腔激光器”，量子电子 学报，2001
输出激光单频特性测量
Leabharlann Baidu图3
图4
图3和图4分别为激光的主模及第一边模，可以看出边模抑制 比达50dB，因此证明该激光为很好单频激光
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低噪声窄线宽光纤激光器
研究背景
窄线宽光纤激光器的输出激光包含着明显的弛豫振荡峰,这使 得光纤激光器的低频范围内强度噪声较为明显,光纤激光器在 光传感和光通信领域的广泛应用迫切要求降低光纤激光器的 低频强度噪声。
1991年
Ball等人首次在长度为50cm的掺铒石英 光纤两端各写入一段光纤布拉格光栅 （FBG）实现分布布拉格反射（DBR） 型光纤激光器获得线宽为47kHz的激光
1995年
M. Sejka等人采用相移光栅，实现 了线宽为13kHz的激光输出
D. N. Payne等人利用环形腔结构实现 了0.95kHz的激光输出
研究思路
激光二极管抽运的全固化单频固体激光器强度噪声在几个 kHz 到几个MHz 频率之间也存在弛豫振荡噪声，可以通过 光电负反馈的方法解决。
将此借鉴到光纤激光器中
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低噪声窄线宽光纤激光器结构
1、通过对光纤激光器光路的 改进,得到了光谱信噪比较高 的单频窄线宽激光输出;
窄线宽光纤激光器的研究进展
2008年
华南理工大学姜中宏，杨中民小组采用分布布拉格反射（DBR）结构和 自行研制的铒镱共掺光纤已实现了20kHz线宽激光输出
中科院半导体所的祝宁华小组布研制的布里渊掺铒光纤激光器实现了线 宽小于1.5kHz的激光输出
2010年
华南理工大学姜中宏，杨中民小组 采用分布布拉格反射（DBR）结构 和自行研制的铒镱共掺光纤已实现 了300mW功率，线宽小于2kHz的激 光输出 北京航空航天大学，成都电子科技大学等小组近几年来也开展了窄线宽光 纤激光器的研究并取得了一定研究成果
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窄线宽光纤激光器的研究进展
2006年
耿继宏等利用Spiegelberg小组的窄线宽光纤激光器作为布里渊光纤激光 器泵浦源并结合稳频技术，实现了线宽接近75Hz的激光输出
2009年
耿继宏等利用掺铥玻璃光纤， 采用分布布拉格反射型结构 （DBR），实现了2um波段线 宽小于3kHz的窄线宽激光输 出
窄线宽光纤激光器研究
报告人： 俞本立
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光纤激光器
1、高功率光纤激光器 2、脉冲光纤激光器 3、窄线宽光纤激光器
……
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窄线宽激光器的应用领域
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窄线宽光纤激光器的研究进展
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窄线宽光纤激光器的研究进展
2001年
安徽大学采用环形腔结合饱和吸收 体的结构实现了线宽小于1kHz激光 输出，并在此基础上研制出了系列 窄线宽光纤光源
2006年
国防科技大学孟洲采用保偏掺 铒光纤作为饱和吸收体实现了 1.5kHz的线偏振激光输出
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安徽大学窄线宽光纤激光器的研究进展
➢ 2001年采用环形腔结构实现了线宽小于1kHz的激光输出； ➢ 2003年实现了波长可调谐窄线宽激光输出； ➢ 2005年实现了稳定的低噪声线偏振窄线宽激光输出； ➢ 2007年实现了稳定的线偏振调频窄线宽激光输出，并获国
家发明专利一项； ➢ 2008年实现了180mW线偏振调频窄线宽激光输出。