窄线宽光纤激光器研究俞本立课件

窄线宽光纤激光器研究报告人：俞本立窄线宽光纤激光器研究报告人：俞本立光纤激光器3、窄线宽光纤激光器1、高功率光纤激光器2、脉冲光纤激光器……光纤激光器3、窄线宽光纤激光器1、高功率光纤激光器2、脉冲光窄线宽激光器的应用领域窄线宽激光器的应用领域窄线宽光纤激光器的研究进展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D.N.Payne等人利用环形腔结构实现了0.95kHz的激光输出M.Sejka等人采用相移光栅，实现了线宽为13kHz的激光输出窄线宽光纤激光器的研究进展1991年Ball等人首次在长度为2004年ChristineSpiegelberg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NKTPhotonics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的激光输出窄线宽光纤激光器的研究进展2004年ChristineSpiegelberg等人在D2006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的研究进展2006年耿继宏等利用Spiegelberg小组的窄线宽光纤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2001年2006年窄线宽光纤激光器的研究进展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2008年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的激光输出窄线宽光纤激光器的研究进展华南理工大学姜中宏，杨中民小组采用分布布拉格反射（DBR）结窄线宽光纤激光器的基本结构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线形腔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窄线宽光纤激光器的基本结构基本采用缩短谐振腔长度以增大纵模间窄线宽光纤激光器基本结构的比较线形腔结构环形腔结构优点：结构简单缺点：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窄线宽光纤激光器基本结构的比较线形腔结构环形腔结构优点：结构2008年实现了180mW线偏振调频窄线宽激光输出。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；安徽大学窄线宽光纤激光器的研究进展2008年实现了180mW线偏振调频窄线宽激光输出。2001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输出激光特性测量图1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。输出激光特性测量图1图1为激光零拍测量谱，激光由一个主模及一图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输出激光单频特性测量图3图4图3和图4分别为激光的主模及第一边模，可以看出边模抑低噪声窄线宽光纤激光器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。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。研究思路将此借鉴到光纤激光器中低噪声窄线宽光纤激光器激光二极管抽运的全固化单频固体激光器强低噪声窄线宽光纤激光器结构“低噪声光纤激光器的实验研究”光学学报，20061、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;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窄线宽光纤激光器结构“低噪声光纤激光器的实验研究”光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62dB。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25dB。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2、通过不同调制方案的对比，为保证调制特性的稳定，确定光纤相位调制器作为调频器件1、采用全保偏器件，提高了输出激光的偏振稳定性线偏振调频窄线宽光纤激光器结构“Frequencymodulatedandpolarizationmaintainingfiberlaserwithnarrowlinewidth”,OpticsCommunications,20072、通过不同调制方案的对比，为保证调制特性的稳定，确定光纤相线偏振调频窄线宽光纤激光器特性测试偏振稳定性测试图激光调频谱图实现了稳定线偏振输出，偏振消光比大于20dB实现稳定的频率调制，最大频偏量接近8MHz线偏振调频窄线宽光纤激光器特性测试偏振稳定性测试图激光调频谱大功率窄线宽光纤激光器结构（MOPA）采用双级放大结构，输出激光具有高功率，高光谱信噪比大功率窄线宽光纤激光器结构（MOPA）采用双级放大结构，输出激光器参数NP公司KOHERAS公司安徽大学最大输出功率125mW可到2W180mW最小线宽1kHz1kHz1kHz光谱信噪比>65dB(50pm分辨率带宽)>50dB(50pm分辨率带宽)>50dB(由我们所用光谱仪80pm分辨率带宽限制，如使用50pm分辨率带宽应当会更高)弛豫振荡峰值强度噪声-110dB/Hz-115dB/Hz-110～-100dB/Hz偏振消光比>23dB未提供此参数>23dB调谐范围20GHz>0.8nm,温度调谐>20pm,PZT调谐30nm快速频率调制范围±250MHz未提供此参数±10MHz调制速度到10kHz到100kHz到GHz与国外同类产品关键参数对照表激光器参数NP公司KOHERAS公司安徽大学最大输出功率12窄线宽光纤激光器实物照片窄线宽光纤激光器实物照片将要进行的工作…拟采用气体吸收稳频结合数字电路控制技术稳定输出激光频率，进一步压窄激光线宽，实现高稳定度线宽小于200Hz的激光输出将要进行的工作…拟采用气体吸收稳频结合数字电路控制技术稳定输谢谢！谢谢！窄线宽光纤激光器研究报告人：俞本立窄线宽光纤激光器研究报告人：俞本立光纤激光器3、窄线宽光纤激光器1、高功率光纤激光器2、脉冲光纤激光器……光纤激光器3、窄线宽光纤激光器1、高功率光纤激光器2、脉冲光窄线宽激光器的应用领域窄线宽激光器的应用领域窄线宽光纤激光器的研究进展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D.N.Payne等人利用环形腔结构实现了0.95kHz的激光输出M.Sejka等人采用相移光栅，实现了线宽为13kHz的激光输出窄线宽光纤激光器的研究进展1991年Ball等人首次在长度为2004年ChristineSpiegelberg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NKTPhotonics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的激光输出窄线宽光纤激光器的研究进展2004年ChristineSpiegelberg等人在D2006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的研究进展2006年耿继宏等利用Spiegelberg小组的窄线宽光纤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2001年2006年窄线宽光纤激光器的研究进展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2008年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的激光输出窄线宽光纤激光器的研究进展华南理工大学姜中宏，杨中民小组采用分布布拉格反射（DBR）结窄线宽光纤激光器的基本结构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线形腔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窄线宽光纤激光器的基本结构基本采用缩短谐振腔长度以增大纵模间窄线宽光纤激光器基本结构的比较线形腔结构环形腔结构优点：结构简单缺点：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窄线宽光纤激光器基本结构的比较线形腔结构环形腔结构优点：结构2008年实现了180mW线偏振调频窄线宽激光输出。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；安徽大学窄线宽光纤激光器的研究进展2008年实现了180mW线偏振调频窄线宽激光输出。2001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输出激光特性测量图1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。输出激光特性测量图1图1为激光零拍测量谱，激光由一个主模及一图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输出激光单频特性测量图3图4图3和图4分别为激光的主模及第一边模，可以看出边模抑低噪声窄线宽光纤激光器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。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。研究思路将此借鉴到光纤激光器中低噪声窄线宽光纤激光器激光二极管抽运的全固化单频固体激光器强低噪声窄线宽光纤激光器结构“低噪声光纤激光器的实验研究”光学学报，20061、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;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窄线宽光纤激光器结构“低噪声光纤激光器的实验研究”光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62dB。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25dB。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2、通过不同调制方案的对比，为保证调制特性的稳定，确定光纤相位调制器作为调频器件1、采用全保偏器件，提高了输出激光的偏振稳定性线偏振调频窄线宽光纤激光器结构“Frequencymodulatedandpolarizationmaintainingfiberlaserwithnarrowlinewidth”,OpticsCommunications,20072、通过不同调制方案的对比，为保证调制特性的稳定，确定光