可調(diào)諧光纖激光器的研究

1、<p>　　學(xué)校代碼： 10406</p><p>　　分類號：TP248.4</p><p>　　學(xué)號：080080401103</p><p><b>　　南昌航空大學(xué)</b></p><p>　　碩 士 學(xué) 位 論 文</p><p><b>　　（碩士學(xué)位研究生）<

2、;/b></p><p>　　可調(diào)諧光纖激光器的研究</p><p><b>　　碩士研究生：</b></p><p><b>　　張會連</b></p><p><b>　　導(dǎo)</b></p><p><b>　　師：</b>

3、;</p><p><b>　　萬生鵬 副教授</b></p><p><b>　　申請學(xué)位級別：</b></p><p><b>　　學(xué)科、專業(yè)：</b></p><p><b>　　所在單位：</b></p><p><b

4、>　　答辯日期：</b></p><p><b>　　授予學(xué)位單位：</b></p><p><b>　　碩 士</b></p><p><b>　　精密儀器與機械</b></p><p>　　測試技術(shù)與光電工程學(xué)院</p><p>&

5、lt;b>　　2011-06</b></p><p><b>　　南昌航空大學(xué)</b></p><p>　　The study of optical fiber laser</p><p>　　A Dissertation</p><p>　　Submitted for the Degree of Ma

6、ster</p><p>　　On Precise Instrument and Machinery</p><p>　　By Zhang Huilian</p><p>　　Under the supervision of</p><p>　　Prof. Wan Shengpeng</p><p>　　College

7、 of Measuring and Optical Engineering</p><p>　　Nanchang Hangkong University, Nanchang, China</p><p><b>　　June，2011</b></p><p><b>　　摘</b></p><p>

8、<b>　　要</b></p><p>　　可調(diào)諧光纖激光器在光纖通信和傳感等眾多領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用?？烧{(diào)諧</p><p>　　光纖激光器在閾值、效率、振蕩波長范圍、可調(diào)諧波長范圍等方面有許多優(yōu)點，</p><p>　　因而它成為光纖激光器的重要發(fā)展方向。本文主要研究是用布拉格光柵（FBG）</p><p>　　作為

9、調(diào)諧元件的環(huán)形腔摻鉺光纖激光器。</p><p>　　本論文設(shè)計了一種可調(diào)諧環(huán)形腔摻鉺光纖激光器，主要采用 FBG 壓電調(diào)諧</p><p>　　的方式。設(shè)計了一種新形壓電陶瓷驅(qū)動電路，這種驅(qū)動電路與以往的驅(qū)動電路不</p><p>　　同之處在于功率放大器 PA85A 采用了單電源供電的方式，該電路具有輸出高電</p><p>　　壓、大電

10、流的性能，同時還具有線性度好、工作穩(wěn)定等特點。首先，對光纖激光</p><p>　　器的研究背景進行概要介紹，其中主要包括光纖激光器的特點、主要種類以及發(fā)</p><p>　　展前景等。其次，詳細地闡述了光纖激光器中的主要光電器件及其工作原理，主</p><p>　　要包括摻鉺光纖的特性、光纖激光器的工作原理、波分復(fù)用器的原理、光纖光柵</p><

11、;p>　　的工作原理以及壓電陶瓷的性質(zhì)等。再次，對環(huán)形腔摻鉺光纖激光器輸出特性進</p><p>　　行分析。然后，在可調(diào)諧光纖激光器的設(shè)計中，通過對比使用 FBG 調(diào)諧方法的</p><p>　　后，本論文對 FBG 采用壓電調(diào)諧的方法。同時，為了達到更好的調(diào)諧效果，本</p><p>　　文又提出了一種壓電陶瓷新的封裝，通過對這種壓電陶瓷新封裝進行實驗，實

12、驗</p><p>　　結(jié)果的可調(diào)諧范圍為 2.143nm，表明其可以達到更好地調(diào)諧效果。在這個壓電調(diào)</p><p>　　諧實驗中，利用壓電陶瓷的驅(qū)動電源有較高的輸出電壓（高達 390V）、電流大，</p><p>　　即驅(qū)動能力強的特點，再結(jié)合壓電陶瓷新封裝，可對光纖光柵布拉格波長的改變</p><p>　　有較明顯的效果。在該論文中，還

13、做了 FBG 在溫度方面的調(diào)諧試驗，并進行了</p><p>　　分析，經(jīng)分析結(jié)果可知，封裝技術(shù)可增大調(diào)諧范圍。</p><p>　　最后，我們對整個系統(tǒng)進行調(diào)試、實驗及其實驗分析，其分析結(jié)果表明，</p><p>　　整個系統(tǒng)的設(shè)計和理論上的預(yù)計基本吻合。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光纖激光器，環(huán)形腔，光纖光柵，壓電陶瓷，驅(qū)動電路<

14、/p><p><b>　　I</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The tunable optical fiber lasers in optical fiber communication and sensing and</p><p>　　so on

15、the multitudinous domain has important application. The tunable optical fiber</p><p>　　laser with threshold, efficiency, oscillation wavelength range, the tunable wavelength</p><p>　　range and s

16、o on has many advantages, thus it becomes an important developing</p><p>　　direction of optical fiber laser. In this paper, I mainly study is the tunable</p><p>　　erbium-doped fiber ring laser b

17、y using Fiber Bragg Grating (FBG).</p><p>　　In this paper, I design a tunable erbium-doped fiber ring laser mainly by way of</p><p>　　piezoelectric tuned FBG. I design a kind of new piezoelectri

18、c ceramic driving circuit,</p><p>　　this driver circuit and former driver circuit difference lies in power amplifier PA85A</p><p>　　adopted single power supply mode, this circuit has output high

19、 voltage, large current,</p><p>　　it also has excellent linearity, stable work, etc. First, the research background of fiber</p><p>　　laser is on the general introduction, which mainly includes

20、optical fiber laser</p><p>　　characteristics, main types and prospects. Secondly, expounds the main optical fiber</p><p>　　laser photoelectric device and its working principle, mainly including

21、erbium-doped</p><p>　　fiber properties, optical fiber laser working principle, WDM working principle, fiber</p><p>　　grating sensor working principle and the properties of the piezoelectric cera

22、mic.</p><p>　　Again, in the annular lumen output optical fiber laser erbium characteristics are</p><p>　　analyzed. Then, in the tunable optical fiber laser design, by comparing the use of FBG<

23、;/p><p>　　tuning method, this paper the method with piezoelectric FBG attune. Meanwhile, in</p><p>　　order to achieve better effect, this paper also puts forward a kind of piezoelectric</p>

24、<p>　　ceramic new packaging, through to the piezoelectric ceramic new packaging for</p><p>　　experiments, experimental results of tunable scope for 2.143 nm, shows that its can</p><p>　　ach

25、ieve better tuned effect. In this piezoelectric tuning experiments, utilizing the</p><p>　　piezoelectric ceramic drive power have higher output voltage (as much as 390V),</p><p>　　large current

26、capacity, namely the characteristics of driving ability, combining new</p><p>　　packaging, piezoelectric ceramic fiber grating Bragg wavelength of the change has</p><p>　　obvious effect. In this

27、 paper, I also do FBG in temperature tuning experiments and</p><p>　　analyzed, the analysis result shows that the packaging technology can increase tuning</p><p><b>　　range.</b></

28、p><p>　　Finally, we are debugging the whole system and do some concrete experiment</p><p><b>　　II</b></p><p>　　and analysis, its analysis results show that the whole system

29、 design and theoretically</p><p>　　expected results.</p><p>　　Key words: Optical fiber lasers, ring cavity, fiber grating, piezoelectric ceramics,</p><p>　　driving circuit</p>

30、<p><b>　　III</b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　目</b></p><p><b>　　錄</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>

31、;<b>　　摘</b></p><p>　　要 ...................................................................................................................................................... I</p><p>

32、;　　ABSTRACT ...........................................................................................................................................II</p><p><b>　　目</b></p><p>　　錄

33、 ................................................................................................................................................... IV</p><p>　　第 1 章 緒論 .....................................

34、.......................................................................................................1</p><p>　　1.1 引言 ......................................................................................

35、........................................................1</p><p>　　1.2 光纖激光器的基本介紹 ...............................................................................................................1</p>&

36、lt;p>　　1.2.1 光纖激光器的特點 ...............................................................................................................1</p><p>　　1.2.2 光纖激光器的主要種類 ...........................................

37、............................................................2</p><p>　　1.2.3 光纖激光器的應(yīng)用 ...............................................................................................................3</p>

38、;<p>　　1.3 選題的意義和目的 .......................................................................................................................5</p><p>　　1.4 本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點 .................................

39、......................................................................5</p><p>　　第 2 章 摻鉺光纖激光器原理 ..............................................................................................................

40、..6</p><p>　　2.1 摻鉺光纖 .......................................................................................................................................6</p><p>　　2.2 摻鉺光纖激光器的基本原理 .........

41、..............................................................................................7</p><p>　　2.2.1 激光產(chǎn)生原理..........................................................................................

42、.............................7</p><p>　　2.2.2 泵浦光源...............................................................................................................................9</p><p>　　2.2.3

43、激光諧振腔的選擇 ...............................................................................................................9</p><p>　　2.3 本章小結(jié) ...................................................................

44、.................................................................. 11</p><p>　　第 3 章 光纖光柵和壓電陶瓷 ..............................................................................................................12

45、</p><p>　　3.1 光纖光柵 .....................................................................................................................................12</p><p>　　3.1.1 光纖光柵的調(diào)諧原理 ..............

46、...........................................................................................12</p><p>　　3.1.1.1 溫度調(diào)諧............................................................................................

47、............................................ 13</p><p>　　3.1.2.2 應(yīng)力調(diào)諧........................................................................................................................................ 1

48、3</p><p>　　3.2 壓電陶瓷的概述 .........................................................................................................................15</p><p>　　3.2.1 壓電陶瓷的概述.........................

49、........................................................................................15</p><p>　　3.2.2 壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)..............................................................................................

50、...................15</p><p>　　3.3 壓電陶瓷的驅(qū)動技術(shù) .................................................................................................................16</p><p>　　3.4 壓電陶瓷的一般驅(qū)動方法 ........

51、.................................................................................................17</p><p>　　3.5 壓電陶瓷新封裝的設(shè)計 ...................................................................................

52、..........................20</p><p>　　3.6 本章小結(jié) .....................................................................................................................................21</p><p>　　第

53、4 章 環(huán)形腔摻鉺光纖激光器輸出特性分析 ..................................................................................22</p><p>　　4.1 輸出特性的理論分析 ..............................................................................

54、...................................22</p><p>　　4.2 本章小結(jié) .....................................................................................................................................26</p><

55、p>　　第 5 章 可調(diào)諧摻鉺光纖激光器實驗研究 ..........................................................................................27</p><p>　　5.1 壓電陶瓷的驅(qū)動設(shè)計 ...............................................................

56、..................................................27</p><p><b>　　IV</b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　5.1.1 壓電陶瓷的壓電特性 ......

57、...................................................................................................27</p><p>　　5.1.2 壓電陶瓷的驅(qū)動方案 ................................................................................

58、.........................28</p><p>　　5.1.3 交流整流電路的設(shè)計 .........................................................................................................29</p><p>　　5.1.4 驅(qū)動電路的設(shè)計、仿真及實驗 ....

59、.....................................................................................30</p><p>　　5.1.4.1 PA85A簡介 ..............................................................................................

60、...................................... 30</p><p>　　5.1.4.2 線性放大電路設(shè)計與分析 ........................................................................................................... 31</p><p>　　5.1

61、.4.3 驅(qū)動電源性能的仿真與實驗測試 ................................................................................................ 33</p><p>　　5.2 環(huán)形腔摻鉺光纖激光器的實驗研究 ..........................................................

62、...............................36</p><p>　　5.2.1 環(huán)形腔光纖激光器基本結(jié)構(gòu)的研究 .................................................................................36</p><p>　　5.2.1.1 環(huán)形腔摻鉺光纖激光器的構(gòu)成 ..............

63、...................................................................................... 36</p><p>　　5.2.1.2 摻鉺光纖激光器基本結(jié)構(gòu)的實驗分析 ...................................................................................

64、..... 37</p><p>　　5.2.2 實驗結(jié)果與分析.................................................................................................................40</p><p>　　5.3 可調(diào)諧摻鉺光纖激光器的研究 ....................

65、.............................................................................44</p><p>　　5.3.1 溫度調(diào)諧實驗與分析 ......................................................................................................

66、...44</p><p>　　5.3.2 壓電調(diào)諧實驗與分析 .........................................................................................................48</p><p>　　5.4 小結(jié)........................................

67、.....................................................................................................51</p><p>　　第 6 章 總結(jié)和展望 ..................................................................................

68、............................................52</p><p>　　參考文獻 ................................................................................................................................................53

69、</p><p>　　碩士期間發(fā)表論文 ................................................................................................................................57</p><p>　　致謝 ................................

70、........................................................................................................................58</p><p><b>　　V</b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>

71、;<b>　　第 1 章 緒論</b></p><p><b>　　第 1 章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　在激光領(lǐng)域中，光纖激光器是新興的技術(shù)，已成為激光器研究領(lǐng)域中的熱點</p><p>　　之一，社會各界都對其發(fā)展和

72、應(yīng)用給于了密切關(guān)注和重視。</p><p>　　1.2 光纖激光器的基本介紹</p><p>　　激光器的誕生是在 20 世紀 50 年代，也是人類歷史上一個重大科學(xué)技術(shù)成果。</p><p>　　Towenes 等人在 1958 年首次發(fā)表了關(guān)于激光方面的論文。在 1960 年，開始了光</p><p>　　纖激光器的研制。Koester

73、等人在 1961 年用摻稀土元素 Nd 3? 光纖進行實驗，觀</p><p><b>　　1 2</b></p><p>　　高錕（英籍華人）等人在 1966 年最早對光纖作為通信媒質(zhì)作了探討??3? ，開</p><p>　　創(chuàng)了光纖通信的新境界。Bell 實驗室的一個小組在 20 世紀 70 年代初對此也進行</p><

74、;p>　　了相應(yīng)的實驗。不過由于當時光纖的損耗及其半導(dǎo)體激光器的室溫工作問題比較</p><p>　　突出，因而光纖通信還處在探索階段。在 1975～1985 年，發(fā)展光纖激光器的所</p><p>　　需的工藝技術(shù)已趨于成熟。如完善了基于硅光纖的定向耦合器的制作等。光纖通</p><p>　　信在 1986 年以后得到發(fā)展階段。英國南安普頓大學(xué)的電子工程系和

75、物理系在此</p><p>　　領(lǐng)域中做了很大貢獻。其中 Poole 等人用化學(xué)氣相沉積法(MCVD)制成了低損耗</p><p><b>　　的摻鉺光纖??</b></p><p><b>　　4??5?</b></p><p>　　，從而為光纖激光器帶來了新的前景,對摻鉺光纖激光器的研究<

76、/p><p><b>　　18?25?</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　在 1986 年，美國的 Polaroid Corporation 的研究人員對光纖激光器的研究中，</p><p>　　探討了包層泵浦光纖激光器的研制??</p><p>

77、;<b>　　6??7?</b></p><p>　　。不久，部分發(fā)達國家的一些大學(xué)及部分</p><p>　　公司等有關(guān)的研究機構(gòu)，都先后對雙包層光纖激光器進行了大量的研究。隨后，</p><p>　　又展開了對于光纖激光器功率方面的研究，而光纖激光器的輸出功率也隨之提高</p><p><b>　　8<

78、;/b></p><p>　　1.2.1 光纖激光器的特點</p><p>　　半導(dǎo)體激光器與光纖激光器相比較而言，當半導(dǎo)體激光器與光纖耦合時，耦</p><p>　　合損耗會很大，而且其耦合效率也不穩(wěn)定等問題，同時半導(dǎo)體激光器的線寬較大,</p><p>　　并且波長可調(diào)范圍也小。這限制了其在 WDM 方面的應(yīng)用。而對于光纖激光器來&

79、lt;/p><p><b>　　1</b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第 1 章 緒論</b></p><p>　　說，其具有多方面的特點：</p><p>　　如調(diào)諧范圍寬、容易實現(xiàn)窄線寬輸出、容易實現(xiàn)多波長可調(diào)諧激光輸出、結(jié)&l

80、t;/p><p><b>　　38</b></p><p>　　1.2.2 光纖激光器的主要種類</p><p><b>　　26</b></p><p>　　表 1-1：光纖激光器分類表</p><p>　　這里著重介紹以下兩種主要的光纖激光器。</p><

81、p>　　1. 稀土摻雜光纖激光器</p><p>　　稀土摻雜光纖激光器的工作物質(zhì)（即光纖）是在光纖中摻雜稀土元素離子做</p><p><b>　　33</b></p><p>　　求的增加和WDM技術(shù)的發(fā)展。對于S波段的光纖的特點來說，其具有很小的損耗。</p><p>　　摻鉺光纖性能優(yōu)良，其在1550nm處

82、又具有很高的增益，剛好處在光纖通信的最</p><p><b>　　34</b></p><p>　　同時伴隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖光柵技術(shù)以及摻鉺光纖技術(shù)的發(fā)展，對</p><p>　　摻鉺光纖激光器的研究也取得了突破性的進展。摻鐿光纖具有寬的吸收光譜</p><p><b>　　9</b>

83、</p><p><b>　　10</b></p><p>　　則其轉(zhuǎn)換效率高達80％，而且輸出功率可提高2-3個數(shù)量級??11? 。雙包層鉺/鐿共</p><p><b>　　35</b></p><p>　　光器中，利用鐿離子寬吸收譜同時具有寬增益的特性，以鐿離子作為泵浦光的吸</p>

84、;<p>　　收體，同時把能量通過諧振吸收方式傳遞給鄰近的鉺離子，從而提供1550nm波</p><p>　　長的高增益，既可輸出符合光通信低損耗窗口的激光，又可利用半導(dǎo)體激光器作</p><p>　　為泵浦源。工作波長處在1310nm的摻鐠光纖激光器，對準光纖的零色散波長。</p><p><b>　　2</b></p&g

85、t;<p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第 1 章 緒論</b></p><p>　　而適合CATV系統(tǒng)傳輸?shù)挠?310nm波段和1550nm波段共兩個波段，目前我國已</p><p>　　鋪設(shè)的有線電視光纖網(wǎng)主要工作在1310nm波段。</p><p>　　2.受激拉曼散射光

86、纖激光器</p><p>　　比較而言，受激拉曼散射光纖激光器比摻雜光纖激光器具有更高的飽和功</p><p>　　率，能在原有光纖基礎(chǔ)上擴容，也無泵浦源的限制，因而在 DWDM 及相干光通</p><p>　　信系統(tǒng)中有著重要的作用。光纖拉曼激光器一般不單獨使用，主要是級聯(lián)在摻</p><p>　　Yb3? 光纖激光器的后面，用于波長轉(zhuǎn)換，

87、因此又被稱為級聯(lián)拉曼激光器。其基本</p><p>　　原理是基于單模石英光纖中的受激拉曼散射。受激拉曼散射是一種非線性效應(yīng)，</p><p>　　它將一小部分入射光功率轉(zhuǎn)移到頻率比它低的 Stokes 波上，當向光纖中輸入的</p><p>　　光信號功率大于某一定值（受激拉曼散射的閾值）時，輸入光的一部分將變換成</p><p>　　比輸

88、入光波長更長的光波信號輸出（即 Stokes 光信號）。若輸入泵浦光功率小</p><p>　　于受激布里淵散射閾值，則只會產(chǎn)生自發(fā)拉曼散射，但自發(fā)拉曼散射光信號很微</p><p>　　弱，通常不用考慮。在光纖兩端加入反饋裝置，便可構(gòu)成光纖拉曼激光器。石英</p><p>　　光纖具有很寬的受激拉曼散射增益譜，在 13THz 附近有一較寬的主峰。拉曼光</p

89、><p>　　纖放大器(FRA)是目前可實現(xiàn)工作在低損耗窗口 1200～1600nm 波段的最理想的</p><p>　　光放大器，對 DWDM 超長距離光傳輸技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用具有重要意義。與光纖</p><p>　　通信中廣泛應(yīng)用的 EDFA 不同，F(xiàn)RA 是一種分布式光放大器，其增益介質(zhì)就是傳</p><p>　　輸光纖的一部分。在光系統(tǒng)的噪

90、聲性能方面，分布式放大要優(yōu)于集中式（如 EDFA</p><p>　　放大），同時分布的泵浦降低了本地信號功率電平，從而降低了信道間的非線性</p><p>　　相互作用。拉曼放大能改進系統(tǒng)的信噪比，有利于提高碼速、延長中繼距離。在</p><p>　　功率方面，對于光纖拉曼激光器來說，可以做到很大的功率，可以作為摻鉺光纖</p><p>&

91、lt;b>　　12</b></p><p>　　1.2.3 光纖激光器的應(yīng)用</p><p>　　關(guān)于光纖激光器的應(yīng)用，主要從以下幾個方面來說。</p><p>　　1.首先在光通訊方面。在光通信中，為了實現(xiàn)單模、單頻和低噪聲等方面的</p><p>　　要求，可在光纖激光器中大量使用以布拉格光纖光柵作為反饋和模式選擇。對于

92、</p><p>　　光纖激光器來說，由于其能夠提供波段分別為 1.31??m 和 1.55??m 的激光，同時</p><p>　　因低損耗波段包括了這兩個波段，所以對于波長為 1.55?? m 光纖激光器的泵浦源</p><p>　　會選擇半導(dǎo)體激光器，這種使用方法會使成本降低，而且輸出的激光又能保證具</p><p>　　有很好的質(zhì)量?

93、?13? 。</p><p>　　2．在工業(yè)加工方面。因為激光有性能優(yōu)良的光束質(zhì)量，且其定位精準以及</p><p>　　有很高的可靠性等特點，所以激光器用途很廣，如打標、微加工、焊接等方面。</p><p>　　在打標行業(yè)中，光纖激光器打標機與傳統(tǒng)的 CO2 和 YAG 激光打標機相比，激光</p><p><b>　　3<

94、/b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第 1 章 緒論</b></p><p>　　模式非常好，聚焦后的光斑非常理想，具有直徑小、圓度高和能量穩(wěn)定等特點。</p><p>　　光纖激光器打標機的尺寸非常小，容易實現(xiàn)在線打標。光纖激光器打標機具有優(yōu)</p>&

95、lt;p>　　異的光束質(zhì)量，能夠雕刻精細美觀的圖案。已廣泛應(yīng)用于集成電路芯片、電腦配</p><p>　　件、工業(yè)軸承和五金工具等眾多領(lǐng)域的圖形和文字的標記。在光纖激光器的焊接</p><p>　　方面，當其對于很薄的不銹鋼進行焊接時，其具有非常好的焊接質(zhì)量。在光纖激</p><p>　　光器中，若再使用一個聚焦透鏡，且其直徑約為 40mm，用其來對很薄的不銹

96、鋼</p><p><b>　　36</b></p><p>　　中，也已經(jīng)廣泛地使用光纖激光器有關(guān)這方面的技術(shù)，比如熱處理、解壓、打彎</p><p><b>　　14</b></p><p>　　3.在軍事方面。激光武器在軍事領(lǐng)域多個方面的應(yīng)用，都有著自己獨特的性</p><

97、p>　　質(zhì)，國內(nèi)外的多個專家和學(xué)者對激光武器的研究都比較青睞。其中所使用的高功</p><p>　　率光纖激光具有其它武器所不可比擬的速度和精確性等優(yōu)勢，它具有散熱面積</p><p>　　大、光束質(zhì)量好和體積小等特點，與常規(guī)體積龐大的氣體激光器和固體激光器相</p><p>　　比有明顯優(yōu)勢，成為激光在軍事中應(yīng)用的重要候選者。作為武器的高功率光纖激</

98、p><p>　　光器，它的輸出能量高度集中，其光功率密度可達到 140mW／ cm2 ，能夠摧毀</p><p>　　堅固的目標。它能夠以 3??108 m／s 的速度在空氣中傳播，在瞄準目標時也不需</p><p>　　計算提前量，并且射擊時后坐力很小，又可很方便的改變射擊方向，因而能夠精</p><p>　　確打擊目標的要害部位。陸軍方面，將

99、高功率激光器安裝在未來的戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FCS)</p><p>　　的地面車輛上，利用這種武器可以對付空對地導(dǎo)彈和火箭彈等；空軍方面，則可</p><p><b>　　38</b></p><p>　　4.在醫(yī)療方面。對于生物軟組織，一般說來，其主要成分是水。由于它在 3μm</p><p><b>　　15<

100、;/b></p><p><b>　　16</b></p><p>　　激光醫(yī)療系統(tǒng)，則可將這兩種波長的激光以不同的功率比，再以連續(xù)或脈沖方式</p><p>　　輸出即可。在激光誘導(dǎo)組織間質(zhì)熱療法中，這種系統(tǒng)將發(fā)揮極為重要的作用，可</p><p>　　以用來治療如肝臟、前列腺以及視網(wǎng)膜等許多類形的腫瘤，因為這種

101、微創(chuàng)激光手</p><p>　　術(shù)刀的性能是非常好的。在 1998 年 12 月，國外的一家實驗室（日本 NEC 公司</p><p>　　的），經(jīng)過長期的大量的研究及實驗，研制出了級聯(lián)振蕩 Ho3? 光纖激光器，該</p><p>　　光纖激光器既可輸出 3μm 波長的激光又可輸出 2μm 的波長的激光，而在光纖激光</p><p><

102、;b>　　17</b></p><p>　　在手術(shù)實驗中，使用了該雙波長光纖激光器，取得了不錯的效果。</p><p><b>　　4</b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第 1 章 緒論</b></p><p>

103、;　　1.3 選題的意義和目的</p><p>　　隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，可調(diào)諧光纖激光器成為實現(xiàn)基于密集波分復(fù)</p><p>　　用(DWDM)的全光通訊系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。以前，在光通訊系統(tǒng)中所用的光光纖激</p><p>　　光器，其波長是比較固定的，顯然使用的成本很高，光纖激光器的改進是很有必</p><p>　　要的，此時可調(diào)諧

104、光纖激光器可以滿足這方面的要求，人們已對性能優(yōu)越的可調(diào)</p><p>　　諧激光器有了足夠的認識，同時相應(yīng)的研制工作也在進行中?？烧{(diào)諧激光器將來</p><p>　　在光源方面的用途，必定是作為光源主要的發(fā)展方向，也很有可能對其它光通信</p><p>　　器件的發(fā)展有一些促進的作用?？烧{(diào)諧光纖激光器在將來的光纖通信系統(tǒng)中，很</p><p&g

105、t;　　可能成為十分重要的光源，同時也可能在光纖傳感等領(lǐng)域方面，顯示出明顯的優(yōu)</p><p><b>　　勢。</b></p><p>　　1.4 本論文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點</p><p>　　綜上所述，由于光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對于光通信系統(tǒng)中的光源器件，人</p><p>　　們提出更高的要求?？烧{(diào)諧摻鉺光纖激光器

106、由于效率高、閾值低、信噪比高，與</p><p>　　其它光學(xué)器件耦合性好，所以受到大家的重視。</p><p>　　本文主要研究內(nèi)容如下：</p><p>　　1.詳細地對光纖激光器的原理進行闡述,對所用到的主要光學(xué)器件的原理作</p><p><b>　　深入地闡述。</b></p><p>

107、　　2.對本課題中用到的光纖光柵和壓電陶瓷的性質(zhì)作了具體的闡述和相應(yīng)的</p><p><b>　　分析。</b></p><p>　　3.針對在可調(diào)諧摻鉺光纖激光器中采用壓電調(diào)諧的方法，結(jié)合對其它的壓電</p><p>　　陶瓷驅(qū)動電路的具體分析的基礎(chǔ)上，詳細地介紹本文設(shè)計的壓電陶瓷驅(qū)動電路。</p><p>　　該驅(qū)

108、動電路是以PA85A為核心線性放大電路，同時結(jié)合OP07前置放大器構(gòu)成主要</p><p><b>　　的線性放大電路。</b></p><p>　　4.具體地介紹有關(guān)可調(diào)諧摻鉺光纖激光器的實驗情況，對實驗中所用到的溫</p><p>　　度調(diào)諧和壓電調(diào)諧作了詳細的闡述。在壓電調(diào)諧的過程中，也詳細地介紹了壓電</p><p&

109、gt;　　調(diào)諧的原理和壓電調(diào)諧實驗的具體情況。</p><p>　　5.實驗的準備和操作。對實驗的過程作了詳細的介紹，并對其調(diào)諧所得的不</p><p>　　同結(jié)果也進行了具體的分析。</p><p><b>　　創(chuàng)新點：</b></p><p>　　1.設(shè)計一種新形的壓電陶瓷驅(qū)動電路。</p><p

110、>　　2.提出了壓電陶瓷新封裝的方法。</p><p><b>　　5</b></p><p>　　南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　第 2 章 摻鉺光纖激光器原理</p><p>　　第 2 章 摻鉺光纖激光器原理</p><p><b>　　2.1 摻鉺光纖<

111、/b></p><p>　　在1843年，瑞典的莫桑德發(fā)現(xiàn)了鉺元素(Erbium)，鉺具有非常突出的光學(xué)性</p><p>　　質(zhì)，因而受到人們的重視。</p><p>　　對于鉺元素來說，其基本電子組態(tài)為[Xe] 4 f 12 5S 2 5P 6 6S 2 。在玻璃基質(zhì)中，</p><p>　　它被剝?nèi)ヒ粋€4f和兩個6s電子后，從而成

112、為三價的正離子，同時其5s和5p層的電</p><p>　　子可保持不變??40? 。4f層的剩余電子不易受到外場的微擾,因其被部分屏蔽，也因</p><p><b>　　37</b></p><p>　　性、熒光特性等性質(zhì))受到外場的影響很小，所以其具有很好的穩(wěn)定性。</p><p>　　鉺離子的主要能級結(jié)構(gòu)如圖2-1

113、所示。由圖2-1可見，摻鉺光纖可以通過多個</p><p>　　波長泵浦。 Er 3? 是一個多電子的粒子，其中， 4 I15/2 是基態(tài)， 4 I13/2 和 4 I11/2 分別為</p><p>　　第一、二激發(fā)態(tài)。其第一激發(fā)態(tài)( I13/2 )為亞穩(wěn)態(tài)能級，從這個狀態(tài)躍遷到基態(tài)的</p><p>　　壽命遠遠長于到達這個能級的壽命。作為第二激發(fā)態(tài)的 4 I1

114、1/2 是一個激發(fā)態(tài)能級。</p><p>　　當鉺離子在泵浦光的作用下，其 4 I15/2 在被泵浦到 4 I11/2 后的粒子，以非輻射躍遷</p><p>　　的形式，迅速地重新回到激光的 4 I13/2 能級上面。同時由于 4 I11/2 能級上的粒子，</p><p>　　只有很短的壽命，而處于 4 I13/2 上的粒子，其壽命約為10ms，相比之下，顯得

115、比</p><p>　　較長，所以可積聚亞穩(wěn)態(tài)能級粒子數(shù)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)就會在 4 I13/2 和 4 I11/2 之間形成。</p><p>　　所以，一個典形的三能級系統(tǒng)即可由 4 I15/2 、 4 I13/2 及 4 I11/2 構(gòu)成。因為從 4 I13/2 至</p><p><b>　　4</b></p><p>

116、;　　I15/2 躍遷時，有很寬的增益譜頻帶，所以要得到較窄線寬的激光，可用濾波器</p><p><b>　　對其壓窄??</b></p><p><b>　　67?72?</b></p><p>　　。但是，由于在亞穩(wěn)態(tài)能級及基態(tài)能級之間，三能級系統(tǒng)產(chǎn)生激</p><p>　　光的產(chǎn)生躍遷，因而