【摘 要】
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高性能单频光纤激光器因其窄线宽、低噪声等优势在高分辨光谱分析、远距离相干通信以及引力波探测等前沿科学领域具有广泛的应用而成为激光技术领域的研究热点。为进一步提高单频光纤激光器的性能,本论文在总结分析当前单频光纤激光技术研究现状的基础上,分别对基于全石英光纤的单频激光种子源和基于磷酸盐光纤的单频激光放大技术开展了研究工作,具体内容如下:1.首次实现基于全石英光纤的DBR型单频掺铥光纤激光器。理论分析
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高性能单频光纤激光器因其窄线宽、低噪声等优势在高分辨光谱分析、远距离相干通信以及引力波探测等前沿科学领域具有广泛的应用而成为激光技术领域的研究热点。为进一步提高单频光纤激光器的性能,本论文在总结分析当前单频光纤激光技术研究现状的基础上,分别对基于全石英光纤的单频激光种子源和基于磷酸盐光纤的单频激光放大技术开展了研究工作,具体内容如下:1.首次实现基于全石英光纤的DBR型单频掺铥光纤激光器。理论分析了不同泵浦方式下短腔结构单频掺铥激光的输出特性。利用有源光纤吸收系数较高的793 nm泵浦源,获得了1950 nm处18 m W单频激光输出,最窄线宽为37 k Hz,激光系统熔接损耗低、输出稳定性高、结构紧凑、便于集成;利用功率较高的1570 nm泵浦源,获得了52 m W的单频激光输出。得益于泵浦源良好的波长稳定性和强度稳定性,激光线宽在全功率范围内稳定在～35 k Hz,未出现明显展宽。2.利用SBS效应窄带增益特性实现2μm单频光纤激光器线宽压缩。为克服光纤在2μm波段Brillouin增益系数较低的缺点,搭建Brillouin-掺铥石英光纤复合增益光纤激光系统,以有源光纤同时为Brillouin泵浦光和Stokes光提供增益,有效降低激光阈值,减短环形腔长度,从而获得稳定的单纵模Stokes光。单频激光线宽由Brillouin泵浦光的36 k Hz压缩到4.6 k Hz,实现了约8倍的线宽压缩比。3.利用基于多模干涉效应的单模-多模-单模（SMS）全光纤滤波器件的级联组合,实现＞2μm的单频掺铥石英光纤激光器。结合多模干涉器件自成像特性,通过级联SMS器件,分别实现长通滤波以及窄带选频作用,获得了激光器在2002.8和2016.1 nm双波长稳定工作。在此基础上,将滤波器件应用到掺铥环形腔激光器中,通过级联相同多模光纤长度的SMS器件,加强对掺铥光纤在1950nm波段辐射的抑制,结合未泵浦掺铥光纤作为饱和吸收体选频,实现环形腔掺铥石英光纤激光器在2008.4 nm处24.8 m W的单频激光输出。4.为克服SBS效应对单频脉冲激光放大器性能的限制,采用高掺镱磷酸盐光纤作为功放级增益介质,以较短的有源光纤长度在保证泵浦吸收和激光增益的同时提高SBS阈值。在百纳秒单频脉冲放大实验中,功放级利用34 cm高掺镱磷酸盐光纤获得单脉冲能量0.47 m J的1μm激光输出,脉冲宽度为140 ns,对应峰值功率～3.15 k W,较长的脉冲宽度也使得激光线宽保持在5 MHz较窄水平。该磷酸盐光纤脉冲放大的研究工作显著提高了1μm单频光纤激光脉冲能量。
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