1.06μm宽带调频低噪声固体激光器研究

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当今社会,光纤通信发展越来越快,同时也面临着很多问题,例如偏远地区的通信光纤铺设、易被人为破坏等,空间激光通信可以很好的避开这些缺点而慢慢被人们重视。在空间激光通信技术的发展中,零差相干光通信技术因其具有传输距离远,误码率低,不受地域限制等优点而被广泛应用。激光信号在空间传输过程中,通常会受到多普勒频移效应的影响,信号光的频偏可达到GHz量级。捕获空间中的传输信号光并与本振光相干叠加实现信号放大,需要本振激光器输出的激光具有频率稳定且能够快速调频的特性。  在激光探测应用中,激光雷达接收到的信号光往往比较微弱,需要接收到的信号光与本振光进行拍频来实现信号光的解调,以提高探测的灵敏度。研究快速可调谐激光器对提高激光雷达的性能具有重要意义。  论文回顾了激光调频和噪声抑制技术的发展进程,为了保证激光器实现稳定的可调谐激光输出,首先要选取优质的光源,由于固体激光器能够获得窄线宽和高功率输出的优点,可以作为一种备选光源。在工作物质方面,采用高增益的Nd∶YVO4晶体。本文使用光电负反馈技术对Nd∶YVO4固体激光器进行噪声抑制研究,并采用电光方式实现快速调频。我们的研究主要分为四个部分:  (1)利用四能级激光器全量子理论模型,对激光噪声的产生机理进行分析,可以有效的克服传统速率方程理论在定量方面不准确的缺陷。并求出自由运转下的噪声谱和激光相对强度噪声传递函数。  (2)开展了低噪声快速调频Nd∶YVO4激光器的设计,测量Nd∶YVO4的自发辐射谱线,利用LiTaO3晶体本身的F-P标准具效应来选择单纵模,并计算得到的LiTaO3晶体的透过率与波长的关系,分析相位超前和环路增益对噪音抑制的影响,通过仿真得到对应的激光噪声谱。  (3)在实验方面,设计相位超前电路,在保证激光器单频输出的基础上,对LiTaO3晶体进行施加控制电压,实现快速调频,通过数据拟合表明,该固体激光器的调频范围高达150MHz。在光电负反馈环路中加入合适的相位超前并放大,发现噪声的峰值向高频方向移动,同时在整个频谱范围内,相对强度噪声峰值低于-120dB/Hz,验证了方案的可行性。
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