论文部分内容阅读
窄线宽光纤激光器由于其线宽窄、噪声低、相干性好等优点，可广泛应用在相干光通信、高灵敏度光传感等领域，近年来逐渐成为光纤激光器热点研究方向之一。分布反馈式光纤激光器(DFB-FL)作为一种线型腔光纤激光器，具有单频单模、低噪声、窄线宽、尺寸小等特点，非常适合用于探测应变、加速度和振动等物理量的传感，DFB-FL具有灵敏度高、抗电磁干扰、易于组阵复用等优势，已经成功应用在了光纤水听器系统、地震波检测等领域。DFB-FL的出光特性和封装结构决定了传感器的精度和灵敏度。因此，对DFB-FL的制作技术、DFB-FL的性能测试技术以及传感器的结构设计进行研究并优化是十分有意义的工作。本论文主要研究成果如下：
1.基于传输矩阵理论和耦合模理论和铒离子能级速率方程理论，系统性仿真分析了相移光纤光栅和DFB-FL输出光场特性，主要包括相移量、相移位置、光栅长度和折射率调制深度等参数对相移光纤光栅无源透射谱和DFB-FL出光特性的影响。
2.搭建了基于KrF准分子激光器和相位掩模板曝光技术的光栅刻写系统，采用相位掩模板扫描法实现了在不同有源光纤上制备π相移光纤布拉格光栅，并研究了不同折射率调制深度对DFB-FL输出光谱特性的影响，实现稳定的窄线宽输出。
3.搭建了基于相移光纤光栅的DFB-FL系统，并研究了激光器泵浦阈值、效率、线宽、噪声特性以及稳定性等激光输出特性。其中，DFB-FL泵浦阈值功率110mW，泵浦转换效率为0.074%，驰豫振荡频率400kHz；激光器输出3dB线宽为15kHz，通过自注入锁模方式对激光线宽进行了压缩，压缩后3dB线宽4.7kHz；采取水冷措施能有效提高激光器饱和输出功率。
4.实验研究了DFB-FL的温度及声波传感特性，结果表明DFB-FL温度灵敏度为9.28pm/℃，在1MHz声波频率下，DFB-FL声压灵敏度为439.07mV/kPa，比传统压电型水听器高出将近40dB，最小可探测声压值15.5mPa/√Hz，分辨率比传统压电型水听器高出近230倍。并仿真设计了一种DFB-FL传感器封装结构，分析结果显示封装结构可提高传感器灵敏度约两个数量级。
1.基于传输矩阵理论和耦合模理论和铒离子能级速率方程理论，系统性仿真分析了相移光纤光栅和DFB-FL输出光场特性，主要包括相移量、相移位置、光栅长度和折射率调制深度等参数对相移光纤光栅无源透射谱和DFB-FL出光特性的影响。
2.搭建了基于KrF准分子激光器和相位掩模板曝光技术的光栅刻写系统，采用相位掩模板扫描法实现了在不同有源光纤上制备π相移光纤布拉格光栅，并研究了不同折射率调制深度对DFB-FL输出光谱特性的影响，实现稳定的窄线宽输出。
3.搭建了基于相移光纤光栅的DFB-FL系统，并研究了激光器泵浦阈值、效率、线宽、噪声特性以及稳定性等激光输出特性。其中，DFB-FL泵浦阈值功率110mW，泵浦转换效率为0.074%，驰豫振荡频率400kHz；激光器输出3dB线宽为15kHz，通过自注入锁模方式对激光线宽进行了压缩，压缩后3dB线宽4.7kHz；采取水冷措施能有效提高激光器饱和输出功率。
4.实验研究了DFB-FL的温度及声波传感特性，结果表明DFB-FL温度灵敏度为9.28pm/℃，在1MHz声波频率下，DFB-FL声压灵敏度为439.07mV/kPa，比传统压电型水听器高出将近40dB，最小可探测声压值15.5mPa/√Hz，分辨率比传统压电型水听器高出近230倍。并仿真设计了一种DFB-FL传感器封装结构，分析结果显示封装结构可提高传感器灵敏度约两个数量级。