LD抽运的双频微片激光器的频谱研究

【摘要】激光二极管（LD）抽运的微片激光器具备构造简洁，可靠性高、使用寿命长、性能稳定、转换效率高等特点，在空间光通信、激光雷达、精密测量、非线性光学、光学医疗和光生微波毫米波等众多领域有巨大的应用价值。而且LD抽运的双频微片激光器，基于其具备低阈值、频率差大、转换效率高、可调谐双波长等优点，对大频差、超大频差的双频微片激光器的发展提供了有利的条件，在ROF系统、网络通信系统和激光精密测量系统中有着很好的应用前景。因此近年来LD抽运双频微片激光器成为大频差及超大频差双频激光的研究热点。为了获得可用于光生微波毫米波源的稳定的双频微片激光，本论文主要对双频微片激光器输出的激光光谱特性进行理论和实验分析，具体包括以下几方面内容：（1）对双频微片激光器发展简要概述，介绍了近些年国内外LD抽运的双频微片激光器的研究成果，并介绍了双频微片激光器在实际中的应用及未来的发展趋势。（2）分析了LD抽运的双频微片激光器的基本理论，通过分析四能级双频微片激光系统的速率方程，对LD抽运双频微片激光器的工作特性进行理论分析及研究。（3）建立了一种产生双纵模的双频微片激光器模型，理论分析了微片激光器纵模生成的原理，并通过实验实现了微片激光器的双频双纵模的输出。试验中通过调节抽运电流的大小使频差在一定范围内变化；抽运电流为14.5A时，得到了频差为85GHz的稳定的双频激光输出，频差随着电流的增加逐渐减小，抽运电流为19.5A时，输出频差为53GHz。（4）研究了LD端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对输出激光频谱的影响。通过分析端面抽运的微片激光Nd:YVO4的热传导方程，逐步求解出激光晶体内部不同位置处的温度场分布；并进一步深入分析微片晶体热效应对晶体折射率的影响，最后计算出双频微片激光器的频谱随热效应的变化规律。实验结果表明，当抽运源抽运功率较小时，输出的双纵模双频激光是稳定可控的；当抽运功率逐渐增大时，晶体热效应使输出双频频谱两峰值之间的频率间隔减小，但每个波长的频谱宽度加宽，实验结果与理论分析相符合。（5）提出了双频脉冲微片激光器驰豫振荡耦合速率方程的理论模型。通过理论模拟分析，微片的自饱和系数和交叉饱和系数比为0.7:0.3时，两个偏振模之间的耦合比较强烈，是一个反向弛豫振荡的结果，两个偏振的驰豫振荡波形峰值相互交错，波峰不同步。同时，微片增益曲线和谐振波长的改变影响相对增益和偏振模，可以进一步使激光脉冲达到同步。最后本章通过理论分析设定实验装置，实现了稳定的双频脉冲产生，双频间隔为86GHz，时间抖动小于10ns，能被用来作为拍频信号的输入源。
【作者】张慧；
【导师】李齐良；胡淼；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】双频微片激光器；LD抽运；热效应；Nd:YVO4；光生毫米波；

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