三能级光纤激光器的噪声抑制技术研究

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随着光通信,光探测等技术的发展,对激光光源的性能要求越来越高,系统应用对光源的噪声、功率、线宽都有很高的要求。而三能级光纤激光器输出波长为1.55μm,处于第三通讯窗口,且对于人眼来说是安全的,与目前的光通信器件和设备有很好的兼容性,因此在引力波探测,零差相干光通信等领域有很大的应用潜力和发展空间。本文采用光电负反馈的方法,对三能级光纤激光器进行噪声抑制研究。开展了如下研究工作:(1)使用高浓度掺铒光纤设计和制作了短腔光纤激光器,其中掺杂部分光纤长度为2.2cm,输出功率0.84mW,输出波长为1540±0.1nm,并可以进行温度调谐。(2)分析了激光器中噪声的形成因素,主要包括泵浦光的波动,外界干扰,机械振动,腔内损耗,自发辐射等原因,其中泵浦光的波动和腔内损耗造成的干扰远超过其他因素,使用速率方程对驰豫振荡产生的原因作了分析,得出驰豫振荡噪声方程。(3)设计了温度控制系统,通过温控芯片控制半导体致冷器(TEC)来控制温度。采用PI反馈控制,能够很好的减小温度波动,避免温度起伏造成的噪声,减小对实验的干扰。根据实验测试,温度波动控制在0.05℃以内,达到较好的温度稳定度。(4)使用MOPA结构对种子光进行放大,并得出了放大器的增益随着泵浦激光功率的变化和随着种子光功率的变化规律。搭建光纤放大器,测试了掺Er3+光纤为24cm和72cm两种长度的放大效果,然后利用实验测试数据分析了两种长度的光纤放大器饱和输出特性。(5)设计了激光噪声反馈控制电路。反馈控制电路由噪声探测器,信号放大器和驱动器构成。使用仿真软件Tina搭建电路,并对电路交流特性进行了分析,给出了电路的开环传递函数,整个电路在1kHz到10MHz有稳定的幅度和相位。(6)实验测试了反馈回路,对直接调制LD、光纤放大器、反馈电路的幅频特性分别进行了测试。对单频噪声信号的抑制效果进行了分析测试,并对光纤激光器噪声抑制效果进行了测试。单频噪声的抑制效果可达20dB,光纤激光器噪声的抑制效果可以达到10dB。
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