《光纤光栅激光器基本理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤光栅激光器基本理论（6页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、光纤光栅激光器基本理论光纤激光器的基本结构:利用两个反射镜在光纤内建立谐振腔，在两腔镜之间使用一段 掺杂稀土元素的有源光纤（如掺饵光纤），使系统在有泵浦光输入时提供产生激光所需的增益 如图 3-1 所示。*PuinpLaserOutputLipin Mirror图3门光纤澈光器黨主绪构示倉图Coupled PumpOutput CnuplcrPump OutSilica CladdingPump Coupling Loss旳壮 F芒rdi OopeJ Core掺饵光纤用作提供增益的有源光纤时，泵浦光作用下掺饵光纤饵离子的电子在不同能级 之间跃迁，释放出波长在1550nm附近的光子，形成带宽约为
2、40nm的自发辐射光谱。自发 辐射光在两腔镜之间多次反射，其能量得到加强，当辐射光的能量超过谐振腔的损耗时，产 生激光输出。光纤光栅是理想的窄带反射元件，利用两个波长匹配的光纤光栅作为反射镜构成谐振腔 的结构，就是光纤光栅激光器。光纤光栅激光器中，光栅不仅是反射元件，而且其共振波长 决定激光器的出射波长。缩短谐振腔长度可以减少激光器输出的纵模数。但是，短腔长的同时也使掺饵光纤变短, 导致泵浦光的吸收减少，增益不足，激光器输出功率下降。为使厘米级的短腔内具有较大的 泵浦吸收来保证较高的增益，可以使用高Er掺杂光纤;另一方面，为降低腔内损耗，一对布 拉格光栅被直接写在掺Er光纤上。然而，高Er掺杂
3、仍不足以在厘米级光纤上提供足够的泵 浦吸收，使得激光器斜率效率不够高，最高输出光功率仅为-20dBm10dBm之间。所谓主振 荡功率放大结构，就是在激光器的输出端加上一段掺饵光纤，相当于级联一级光纤放大器缺点：高Er掺杂光纤带来的一个副作用是，其固有的离子聚集效应不仅会降低掺饵光 纤光栅激光器的量子效率，还会造成激光输出的自脉冲。掺饵光纤的低泵浦吸收效率是影响 短腔掺饵光纤光栅激光器性能的主要因素。为了提高短腔激光器的腔内增益，可以采用Er/Yb共掺光纤，这种光纤中掺杂的孔和980nm附近的泵浦光后,会迅速将能量转移给Er/Yb/P/AI/Si CoreEr离子以实现1550nm区域的光进行放
4、大，因而Er/Yb共掺光纤在980nm处对泵浦光的吸收能力比普通掺Er光纤要高三个数量级，如B/Ge/Si ring -Normal SiOi c J addin此低的掺杂浓度可以避免激光器的自脉冲效Refractive index profile90年代末，南安普顿的研究人员更发明图3Er/Yb 掺光敏光纤的横向剖面示意隍E:比率很高，约为30:1。其中Yb离子在980nln附近有很宽的泵浦吸收带宽，可以吸收 7501100nm的泵浦光，而且Yb离子吸收了具有光敏性的Er/Yb共掺光纤，可以在上面直接写入光纤光栅，这样短腔光纤激光器无需 熔接另外的光栅，避免了熔接损耗，而且保证了足够短的腔长
5、，提高了了短腔的模式选择性 和激光器效率。实验中我们用相位掩模板结合光束扫描法制作光栅。这里我们所用的掩模板长度为 5cm 能够完全覆盖两个光栅区域。制作前后两个光栅时，不需移动光纤，只需用步进电机移动光 斑到所需的位置即可。布拉格光栅的反射波长与其周期和有效折射率的乘积成正比。采用光束扫描法并在制作 时保持相同的扫描速度，可以保证两个光栅有相同的有效折射率，从而得到完全相同的布拉 格波长。ffi9S0 nm Pump1550 inn Iser5矩腔迩纤光颯滋芒器錯构圏3 nun-long(refleetivitv - 95%)10 mm-long FBG2 (retlecliviw 99%)
6、laser cavity (16.5 nim) iflllErYb ccdoped fiber 所用的Er/Yb共掺光敏光纤总长度为50mm,两端与普通单模光纤(SMF-28)熔接。为进构成的激光器结构如图3-5所示。为了提供足够的激光输出，选择其中一个较低反射率 的布拉格光栅作为激光输出端，另一反射率较高的布拉格光栅为全反射镜。反射率的大小可 以通过控制光栅的长度来调节。一步提高其光敏性，我们先把Er/Yb共掺光纤置于压强为12MPa,温度为100C的氢气中载 氢7天。用248nm准分子激光器在这段光纤上先后写入了两个长度分别为3mm和10mm的 布拉格光栅FBG1、FBG2。曝光时激光器能
7、量为15mJ,曝光频率50HZ,激光光斑为1mm, 步进电机的扫描速度为0.1mm/s。两个光栅之间的距离为10mm。对应的激光器腔长为 16.5mm。图3坊光毎光欄和激光器输出实测光谱團aJFBG, b) FBG|+FBGa厂激光器输出Wivriefigth (nm)1549.51551.01SUJ154.0l_ -T5 1554.0图3-6所示为光纤光栅和激光器输出实测光谱图。FBG1反射率约为95%, FBG2反射 率大于99%。采用分辨率为0.06nm的光谱分析仪，读出激光器输出信号波长为1551.3nm。， 3-dB带宽为0.06nm,输出功率为-1.35dBm,光信噪比60dB。保证两个光栅布拉格波长的一致是成功制作短腔光纤光栅激光器的关键。制作过程中除 了使用相同的扫描速率外，制作前后两个光栅时加在光纤上的应力也应保持不变，否则当应 力释放后，布拉格波长会漂离原有波长，造成两个光栅的波长失配。同时，对激光器来说应该使用较低的曝光频率以减少紫外光曝光时所产生的热对布拉格 光栅共振波长的不稳定性影响。另外，由于其中一个FBG只有3mm,其反射谱具有较大的带宽，当组成光纤激光器的 两个光栅在受到不同外界环境（温度、应力）的调制时，可以有一定的余量使两光栅波长仍然 保持匹配，从而保证激光器的稳定输出。
光纤光栅激光器基本理论
