赵发英[1]2003年在《980nm泵浦激光器及其它半导体激光器和透镜光纤耦合的研究》文中提出随着高速度大容量光纤通信和光电子器件的迅猛发展，半导体激光器(LD)与单模光纤(SMF)的高效耦合日益受到人们的重视。它不仅直接影响光纤传输的中继距离，而且对改善LD泵浦掺铒光纤放大器(LDP-EDFA)，LD泵浦固体半导体激光器(LDP-SSL)、半导体光放大(SLA)等光通信器件及系统的性能上，在提高他们的性价比有着十分重要的意义。按照模式耦合理论1，2,3，LD到单模光纤的耦合，实质上是两者之间的模场匹配。如果用平端光纤直接与LD耦合，由于严重的相位和模场半径不匹配，耦合效率很低，仅10％左右。因此有必要采用适当的耦合系统对LD模场进行变换。如何提高激光器和单模光纤之间的耦合效率4,5，6，，最近已经有了相关的报道。但是报道的技术中多是针对圆对称光束或近圆对称光束。但是对于像980nm泵浦激光器发出的激光来说，由于特殊的物理结构，使得激光光束具有高度的椭圆性。对于椭圆度高的激光光束和单模光纤耦合的报道不是很多。本文从理论上和实验上呈现了一个实用的耦合技术，即在没有使用分立球形光学元件的情况下将高度椭圆化的激光光束通过透镜光纤耦合到单模光纤中。本文研究的透镜光纤主要包括契形柱透镜光纤7以及锥形球透镜光纤。它们的作用是修正激光光束波前和从光纤出来光束之间的相位失匹。本文给出了不同的情况下的耦合效率公式，主要包括不考虑倾角和偏移时的耦合效率，以及考虑了倾角和偏移时候的耦合效率。本论文在研究980nm激光器与契形柱透镜光纤耦合的同时，为将这种模型推广，进一步的研究了1310nm激光器和1550nm激光器与锥形球透镜光纤的耦合情况。并且通过实验，验证了这些模型的正确性。这方面的研究非常具有实用性。 浙江大学硕上学位论义 论文的第一章是序论，主要介绍了目前国内国际在这方面的研究情况，并且提出了相应的研究模型。论文的第二章，主要是理论模型的分析。首先从最简单的模型即激光器和平端光纤的耦合开始分析；接着对锥形球透镜光纤与激光器耦合进行分析；最后按相同的分析方法对契形柱透镜光纤和激光器耦合进行分析，并且分析各种容忍度和耦合效率的关系；论文的第叁章是实验，包括两个实验：第一个是用平端光纤代替1310urn，1550urn激光器与锥形球透镜光纤进行耦合的实验，第＿二个是980urn激光器与契形柱光纤耦合的实验。在每个实验的后面都有详尽的分析和总结。为了完善模型，在文章最后考虑了耦合中的菲涅耳反射情况以及980urn泵浦激光器波长稳定的情况。并对完成的工作进行了总结，而且提出了值得进一步研究的方向。最后需要说明的是，由于文章的核心是对980。m泵浦激光器耦合的研究，前面简单模型的理论和实验分析以及1310urn，1550urn激光器和锥形球透镜光纤耦合的理论和实验分析是为了更好的研究980urn泵浦激光器耦合作铀垫的。
王玉明[2]2008年在《高性能980nm光纤光栅外腔半导体激光器的设计与制作》文中研究指明980nm泵浦激光器(pump laser)被广泛应用在掺饵光纤放大器中。随着高速度大容量光纤通信和光电子器件的迅速发展,980hm泵浦激光器与单模光纤(SMF)的高效耦合日益受到人们的重视。它不仅直接影响光纤传输的中继距离,而且在改善激光器泵浦掺饵光纤放大器的性能上,在提高性价比方面有着十分重要的意义。按照模式耦合理论,980nm泵浦激光器到单模光纤的耦合,实质上是两者之间的模场匹配。如果用平端光纤直接与激光器(LD)耦合,由于严重的相位和模场半径不匹配,耦合效率很低。因此有必要采用适当的耦合系统对LD模场进行变换。如何提高激光器到单模光纤之间的耦合效率,最近已经有了相关的报道。但是报道的技术中多是针对圆对称光束或近圆对称光束。但是对于980hm泵浦激光器发出的激光来说,由于特殊的物理结构,使得激光光束具有高度的椭圆性。对于椭圆度高的激光光束和单模光纤耦合的报道不是很多。本文从理论上和实验上呈现了一个实用的耦合技术,即在没有使用分立球形光学元件的情况下将高度椭圆化的激光光束透过透镜光纤耦合到单模光纤中。本文研究的透镜光纤主要是楔形柱透镜光纤,它的作用是修正激光光束波前和从光纤出来光束之间的相位失配。论文中,根据某一耦合模型建立方程,并用matlab软件编程计算。使楔形柱透镜的楔角和半径得以优化。优化后的耦合效率达到97.38%。并通过实验证实理论计算的正确性。为得到稳定的输出波长。文章提出一种高耦合效率的框架,此框架是将单模光纤前端制作楔形柱透镜并在单模光纤中置入光纤光栅(FBG)形成外腔半导体激光器(External Cavity Laser)。目前980hm泵浦激光器与单模光纤的耦合效率较高,进一步提高耦合效率的工作仍在进行中。
孙婷婷[3]2009年在《980nm光纤光栅半导体激光器的特性研究》文中研究指明目前980nm左右的半导体激光器很受重视,因为它可以作为许多新型固体激光材料的泵浦光源,如Er:YAG,Er/Yb:玻璃,Er:YLF,Er:Y_2SiO_2,Er:BaY_2F_8等等,可以获得1.55-1.66μm以及2.60-2.90μm两个波段范围的激光。另外,980nm半导体激光器是掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,简称EDFA)的最理想泵浦源。随着高速度大容量光纤通信和光电子器件的迅速发展,980nm半导体激光器与单模光纤(SMF)的高效耦合日益受到人们的重视。它不仅直接影响光纤传输的中继距离,而且在改善激光器泵浦掺饵光纤放大器的性能上,在提高性价比方面有着十分重要的意义。按照模式耦合理论,980nm半导体激光器与单模光纤的耦合,实质上是两者之间的模场匹配。论文首先对980nm光纤光栅半导体激光器的理论基础进行概括阐述,然后通过实验对980nm光纤光栅半导体激光器的工作特性以及器件性能进一步分析和研究,观察温度和电流对980nm光纤光栅半导体激光器有哪些的影响。
刘鹏[4]2010年在《高效率泵浦耦合及光纤激光器关键技术研究》文中认为半导体激光器管芯与尾纤之间的高效率耦合是提高出纤功率、改善泵浦转换效率和输出光束质量的有效途径,成为当前激光技术领域的研究热点。本论文针对当前应用最广的条形激光二极管(LD)与单模光纤之间的耦合问题进行了系统深入的研究,并对光纤激光器的几个关键单元技术,如双包层稀土掺杂光纤泵浦吸收特性、大功率尾纤输出半导体激光器耦合器设计、可调谐掺铒光纤激光器制作进行了详细的理论与实验研究,获得了如下主要创新性研究成果：1.针对半导体激光器与单模光纤的耦合问题,建立了条形激光二极管光场分布的椭圆高斯光束近似模型,并在此基础上建立了基于模式重迭积分理论的耦合模型。该模型有效解释了端面对准耦合情况下输出振荡的成因,同时肯定了微透镜光纤与LD之间的高效耦合机制。根据分析结果分别利用研磨法与电弧放电法制作了楔形微透镜光纤与具有曲面端头的微透镜光纤。2.建立了基于本征模式展开与基于ABCD定律的高斯光束在渐变折射率光纤中的传播模型,并利用有限差分的束传播法对上述模型进行了验证。建立了基于组合透镜结合渐变折射率光纤及基于调焦望远镜与椭圆芯渐变折射率光纤的LD与单模光纤耦合系统,通过数值分析给出了相关容差,并验证了所建系统具有高效耦合特性。3.建立了基于二维射线追迹法的双包层光纤泵浦吸收特性定性分析模型,以及基于复折射率纤芯理论与束传播法的双包层光纤泵浦吸收效率严格数值模型,并利用上述模型对几种不同类型双包层光纤的泵浦吸收特性进行了数值分析。结果显示,在相同对比参数下,D型与渐变折射率型双包层光纤的泵浦吸收性能最优。在此基础上,实验制作了优化设计的内包层结构分别为D形与正六边形的两种双包层掺铒光纤。4.针对单尾纤输出的大功率半导体激光器,设计了基于透镜与低折涂覆纯硅芯光纤的耦合系统。针对19芯集束尾纤输出的大功率半导体激光器,制作了渐变石英锥整形器。5.实验设计了基于应力可调光纤光栅与光纤环形器的可调谐掺铒光纤激光器,该类激光器线宽小于0.01m,边模抑制比大于50dB,最大可调谐范围达7nm,整体输出稳定。基于熊猫保偏光敏掺铒光纤实验制作了全光纤型线腔双波长激光器,通过调节腔内偏振控制器,可实现单双波长输出的灵活切换。
黄毅泽[5]2013年在《980nm高功率半导体激光器波长锁定器研究》文中研究说明自上世纪70年代以来，在光纤技术迅猛发展和社会对信息需求日益增长的双重推动下，光纤通信逐渐依靠其低损耗、大容量、高传输速率、不受电磁波干扰、质量轻、体积小、保密性好等优势发展成为最活跃、最具发展前途的一类通信产业和主流的通信技术。高功率单模980nm半导体激光器因具有较高的抽运效率，使其成为光纤通信系统中光纤放大器最核心的器件。但在非致冷工作条件下，器件温度升高将导致中心波长远离光纤放大器最大吸收波长区，使抽运效率大大降低。此外，DWDM系统信道的逐渐增加对抽运激光器的线宽、稳定性等性能要求也越来越高。因此，压缩980nm半导体激光器输出线宽以及提高激光器输出稳定性显得非常重要。本文首先系统介绍了半导体激光器借助于电子抽运在热平衡与非热平衡稳定状态下输出光子能量与同一时空载流子形成有效反转的关系。利用光纤光栅耦合模理论，推导了包含激光器到双光纤布拉格光栅（FBG）的等效激光器前端面反射率，并将其代入半导体激光器速率方程，进一步讨论了外腔结构参数、输入电流以及输出光子之间的时间依赖关系，揭示光子与激光介质中载流子密度随时间变化的动力学过程。在上述理论背景基础上，提出了双FBG外腔稳定半导体激光器输出波长的叁个理论模型：双FBG外腔弱反馈理论模型，双FBG温漂抑制理论模型以及双FBG相干失效动态稳定理论模型。针对双FBG外腔半导体激光器研究了双FBG外腔的稳频特性，包括激光器输出光谱的边模抑制比，半峰值全宽度以及中心波长失谐量，激光器输出功率损耗和低频振荡随温度、电流、外腔性质改变的稳定性指标。设计并优化了由两个均匀FBG组成的980nm半导体激光器波长锁定器，运用耦合模理论推导了双FBG的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器输出增益曲线、边模抑制比、半峰值全宽度以及中心波长的影响，并通过优化这些参数来达到最佳的波长稳定性能。通过外腔反馈速率方程将半导体激光器有源内腔与双FBG无源外腔相结合，讨论双FBG外腔的半导体激光器组件如何设计优化，利用内外腔协同作用抑制波长随温度的离散变化，以实现半导体激光器工作的稳定性。根据双FBG外腔半导体激光器相干失效的物理过程，运用速率方程和双FBG耦合模理论，分析了双FBG外腔半导体激光器相干失效产生和控制的条件，建立FBG外腔半导体激光器动态工作特性与系统参数在动力学过程中的关系，使得等效无源外腔与有源内腔相统一，并从光和载流子作用的角度研究静态外腔模对动态复合模的作用机理，实现双FBG外腔半导体激光器相干失效状态下稳定工作波长的目的。通过实验验证了上述理论模型的正确性，实现了双FBG外腔半导体激光器工作波长稳定性的理论体系的源头创新，最核心的创新之处在于：1）在不牺牲出纤功率的情况下，对双FBG外腔结构参数进行优化设计，提高高功率非致冷980nm半导体激光器的半峰值全宽度、边模抑制比和波长稳定性；2）建立FBG外腔半导体激光器动态工作特性与系统参数在动力学过程中的关系，把等效外腔反射率代入速率方程，使得等效无源外腔与有源内腔相统一，实现内外腔协同作用抑制波长随温度的离散变化；3）研究与控制双FBG外腔半导体激光器相干失效的物理过程，实现双FBG外腔半导体激光器相干失效状态下工作波长的稳定。利用所设计的双FBG外腔波长锁定器最终实现在尽可能不牺牲出纤功率的情况下，提高高功率非致冷980nm半导体激光器的半峰值全宽度、边模抑制比和波长稳定性。所研制的带有波长锁定器的Mini-DIL980nm非致冷抽运半导体激光器，管壳尺寸为12.7mm×7.4mm×5.2mm，工作温度为0℃~70℃，中心波长为980nm，波长漂移小于0.1nm，半峰值全宽度小于1nm，边模抑制比达45dB以上，阈值电流为24mA，功耗小于1W。其具有热电性能稳定、可靠性高、动态范围宽等特点，满足了光纤放大器对非致冷半导体激光器低成本、高功率、标准化、长寿命、小尺寸以及高可靠的要求。
薛灏[6]2004年在《LD远场光强数学建模及其特性参数的测控》文中研究说明随着社会和科技的进步，人们对信息需求量越来越大，传统的电通讯方式正在让位于光纤通讯，DWDM(密集型波分复用)就是光纤通讯中很有前途的一种技术。作为DWDM的泵浦源，980nm半导体激光器的重要性是不言而喻的，而980nm半导体激光器同SMF(单模光纤)的耦合率则是在泵浦过程中关心的极为重要的一个课题。 由于生产工艺等原因，造成不同980nm半导体激光器个体的特性参数的不尽相同，而生产厂商给出的特性往往都只是一个典型值，如果用典型值来进行耦合效率的估算，必然造成很大的误差，从而对检验某种耦合方式的优劣性造成不良影响。就算是同一个半导体激光器个体，随着工作时间的增长，必然造成激光器工作温度的变化，从而进一步影响到激光器的输出功率等特性参数。用这样的激光器来进行高精度的耦合实验必然是一种灾难。 本文着重论述了利用NI公司的Labview虚拟仪器语言进行软件编制，并利用软件通过GPIB硬件接口对ILX公司的LDC3900半导体激光器电源进行实时监控的方法，通过对LDC3900半导体激光器电源的监控，从而保证了连接在该电源上的980nm半导体激光器能够长时间的工作在恒定的环境温度、恒定的工作电流、工作电压下，并保证了激光器能输出稳定功率的光束。通过对980nm半导体激光器特性参数的控制，从而向耦合实验提供了稳定的激光光源。 本文同时还探讨了处于空间任意位置的半导体激光器远场模场分布情况，建立了理论模型并描绘了处于某些特定位置下的半导体激光器远场光强分布曲线。该理论模型的建立为日后对980nm半导体激光器远场光强分布的探测工作奠定了基础并提供了一定的指导作用。同时，该模型也可以为980nm半导体激光器同SMF的耦合工作提供一定的指导，从而缩短耦合实验所需的时间。 需要指出的是，虽然本文是建立在980nm半导体激光器的基础之上，但本文的适用范围并不局限于980nm半导体激光器，本文对于半导体激光器具有普适性。
余飞[7]2008年在《全光纤级联拉曼光纤激光器及其泵浦源实验研究》文中认为拉曼光纤激光器是一种基于受激拉曼散射效应的光纤激光器,只要具有合适波长的泵浦源和反馈元件,拉曼光纤激光器可以获得任意波长的激光输出。级联拉曼光纤激光器具有增益介质长、噪声低、调谐范围宽、可同时实现多波长输出和与光纤耦合效率高等优点。级联拉曼光纤激光器用于泵浦光纤拉曼放大器可以在很宽的带宽内实现平坦放大,是光纤拉曼放大器理想的泵浦源。多波长输出的级联拉曼光纤激光器用作光纤通信系统,特别是波分复用系统的信号源,可以减少发射端的激光器数量。本文首先对受激拉曼散射的原理进行了介。然后设计了一个五级级联拉曼光纤激光器系统,包括级联拉曼光纤激光器谐振腔的设计、泵浦源的设计和用于泵浦掺镱光纤激光器的大功率半导体激光器驱动电路的设计,在实验室对所设计系统的各部分特性进行了测试,并对实验结果进行了分析。本论文的主要研究内容如下:(1)对受激拉曼散射的基本原理以及国内在拉曼光纤激光器和掺镱双包层光纤激光器上的研究进展作了介绍。(2)对掺镱石英光纤中镱离子的受激辐射进行了介绍,完成了级联拉曼光纤激光器用大功率泵浦源――掺镱双包层光纤激光器的设计制作。(3)对掺镱双包层光纤激光器的泵浦源――半导体激光器的特性进行了介绍,完成了大功率半导体激光器驱动电路的设计。(4)对Bragg光纤光栅进行了介绍,完成对所使用光纤光栅的实验测试。(5)设计了一个基于线性腔结构的五级级联拉曼光纤激光器,对所设计的激光器进行了测试,并对测试结果进行了分析。(6)对设计的掺镱双包层光纤激光器及大功率半导体激光器的驱动电路进行了测试。测试结果显示,所设计的大功率半导体激光器驱动电路稳定可靠,满足使用要求,级联拉曼光纤激光器第五阶Stokes光的最大输出功率为599mW。文中还对造成级联拉曼光纤激光器泵浦阈值高、光-光转换效率以及斜率效率低的原因进行了分析。
项阳[8]2003年在《掺Yb～（3+）双包层光纤激光器的研究》文中进行了进一步梳理本论文围绕着掺Yb3+双包层光纤激光器进行研究工作,报告了得到的科研成果,包括以下的内容:1.在截止波长高于1060nm的少量模光纤中用相位掩模法写入布拉格光纤光栅,制作的布拉格光栅具有几个透射峰。运用光纤光栅的耦合模理论根据光纤的结构和参数,可以模拟出这种方法的每个透射峰的位置,与实验的结果一致性很好。理论上的推导还给出了少量模光纤光栅的温度依赖特性与单模光纤布拉格光栅的温度依赖性相似,得到的结论为在少量模布拉格光纤光栅均匀受热时,它的几个反射峰具有相同的温度漂移,而且这个透射谱的形状不因为温度的改变而改变。最吸引我们的是使用这种光纤光栅做为腔镜组成的掺Yb3+单包层和双包层光纤激光器有着小于0.1nm的3dB带宽,说明少量模光纤布拉格光栅具有较窄的反射峰。上述这些特性使这种光纤光栅在传感技术,光纤通信和其它很多的领域可以得到应用。2.讨论了Yb3+离子的能级结构和光谱特性,并从稳态速率方程,结合谐振腔结构特点采用Ido Kelson和Amos Hardy的模型,给出了双包层光纤激光器的输出特性与激光器谐振腔结构参数的关系准解析表达式。 由激光器输出特性准解析表达式出发详细分析了掺Yb3+双包层光纤激光器输出功率、泵浦功率、光纤的最优长度等参数与后腔镜对信号光反射率R2、对泵浦光反射率R3、双包层光纤掺杂浓度等结构参数的关系,并进行了数值模拟,模拟结果表明,激光器的性能参数受其结构参数的影响很大,为优化设计双包层光纤激光器的结构提供了理论依据。 运用热传导方程对高功率双包层光纤激光器的热效应带来的温度、应力、折射率和激光效率的变化进行了理论和数值的分析。给出了热效应对双包层光纤激光器影响的裂解极限、临界折射率极限和熔化极限与光纤结构参数和泵浦功率的表达式,理论分析和数值模拟结果表明对于高功率的双包层光纤激光器温度很高时激光增益下降,在一定的功率水平上需要进行外界的冷却,以保证泵浦激光的效率和高功率的激光输出。 3.系统地讨论了包层泵浦技术的特点,它的核心是如何最大限度的提高包层中传输的泵浦光对纤芯中的掺杂激光介质的泵浦效率。其中双包层光纤的结构、内包层的形状、泵浦光入纤方式等是这项技术的关键所在。介绍了几种目前常见的泵谱光入纤方式,用几何光学的分析方法,给出了圆形、矩形和一种
李朝晖, 杨石泉, 袁树忠, 项阳, 宁鼎[9]2002年在《包层泵浦技术在光纤通信中的应用》文中提出包层泵浦技术以其独特、高效的特点越来越引起人们的关注 ,有希望能推动光纤通信新的发展。本文详细介绍了包层泵浦技术在光纤通信中的应用 ,包括包层泵浦光纤放大器、包层泵浦光纤激光器以及作为光纤拉曼放大器、激光器泵源的大功率掺镱双包层激光器。并且展望了包层泵浦技术中一些关键技术的发展方向
参考文献：
[1]. 980nm泵浦激光器及其它半导体激光器和透镜光纤耦合的研究[D]. 赵发英. 浙江大学. 2003
[2]. 高性能980nm光纤光栅外腔半导体激光器的设计与制作[D]. 王玉明. 长春理工大学. 2008
[3]. 980nm光纤光栅半导体激光器的特性研究[D]. 孙婷婷. 长春理工大学. 2009
[4]. 高效率泵浦耦合及光纤激光器关键技术研究[D]. 刘鹏. 北京交通大学. 2010
[5]. 980nm高功率半导体激光器波长锁定器研究[D]. 黄毅泽. 上海理工大学. 2013
[6]. LD远场光强数学建模及其特性参数的测控[D]. 薛灏. 浙江大学. 2004
[7]. 全光纤级联拉曼光纤激光器及其泵浦源实验研究[D]. 余飞. 电子科技大学. 2008
[8]. 掺Yb～（3+）双包层光纤激光器的研究[D]. 项阳. 南开大学. 2003
[9]. 包层泵浦技术在光纤通信中的应用[J]. 李朝晖, 杨石泉, 袁树忠, 项阳, 宁鼎. 物理学进展. 2002
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