《1.5μm單頻光纖雷射器內部噪聲機理研究》是依託華南理工大學，由徐善輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：1.5μm單頻光纖雷射器內部噪聲機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐善輝
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
噪聲對單頻雷射的性能有著嚴重的劣化效應，本項目以研究基於新型高增益玻璃光纖的1.5μm波段單頻光纖雷射器內部噪聲產生及抑制所涉及的新原理與新方法等基礎問題為目標，著重研究基質玻璃中稀土離子的激發、能量傳遞、躍遷等物理過程對自發發射光的影響規律，探索自發發射光對量子噪聲的影響機制；研究光纖製備及熔接中納米級團蔟、芯包層界面及熔融點界面組分與結構的微不均勻性，探索由此引起的彈性散射以及熱彈性散射對量子噪聲的影響機制；研究光纖材料中原子、分子、價鍵結構及非線性折射率等與非彈性散射、非線性效應之間的內在關係，探索非彈性散射和非線性效應對量子噪聲的影響機制。建立短DBR型單頻光纖雷射諧振腔噪聲分析理論模型，實驗研究抑制單頻雷射噪聲的方法。本項目研究將有助於加深人們對單頻光纖雷射噪聲等物理問題的理解，促進超低噪聲單頻光纖雷射材料及器件技術的發展。
結題摘要
單頻雷射在相干光通信、引力波探測、量子保密通信等領域有著套用需求，其中雷射噪聲直接制約著系統傳輸距離和探測精度。噪聲主要源於幅度上強度噪聲和頻率上相位噪聲（或頻率噪聲），半導體單頻雷射已將噪聲水平降到很低。國外已有研究機構推出了基於多組分玻璃光纖的單頻雷射，但這種雷射器的噪聲還需進一步降低。 本項目研究短DBR型單頻光纖雷射腔內部噪聲起源、探索抑制噪聲新技術與新方法等科學問題，主要內容：（1）相位噪聲極限中的材料基礎問題研究；（2）彈性散射相關的量子噪聲基礎問題研究；（3）與非彈性散射及非線性效應相關的量子噪聲基礎問題研究；（4）與熱效應相關的量子噪聲問題研究；（5）探索研究單頻雷射噪聲抑制的技術和方法。 本項目取得重要結果： ⑴材料基礎問題方面：①研究了光纖基質玻璃材料光學特性，揭示了光纖材料彈性散射、非彈性散射等與雷射量子噪聲關係，拉制了兩種高摻磷酸鹽光纖，增益大於12dB/cm和10dB/cm。②研究了稀土離子發光、能量傳遞等問題，闡明了稀土離子濃度、發光效率、螢光壽命等對自發輻射與腔模耦合影響，拉制了高摻Tm鍺酸鹽光纖，增益大於3dB/cm。 ⑵噪聲機理方面：①發現了高功率運轉下泵浦功率起伏誘導腔內溫度場擾動是引起頻率噪聲主要原因。②建立了磷酸鹽單頻光纖雷射中泵浦誘導產生頻率噪聲理論模型，推導出其表達式 。③發現了單頻雷射在低輸出功率下有明顯ASE噪聲，分布在馳豫振盪頻率以上直至接近量子噪聲極限。 ⑶噪聲抑制方面：①實現了虛擬摺疊腔對單頻雷射線寬的壓縮，獲得了線寬820Hz單頻雷射。②實現了慢光虛擬摺疊腔對單頻雷射線寬進一步壓縮，獲得了線寬600 Hz單頻雷射。③濾除ASE和提高SBS閾值，用保偏光纖放大器實現了功率10.9 W、波長1560nm單頻雷射輸出。④基於系統傳遞函式設計了強度噪聲抑制電路，實現了弛豫振盪峰抑制幅度大於20dB，至-150dB/Hz。⑤用光電負反饋對單頻雷射強度和頻率噪聲進行了抑制，實現了0.3-3kHz範圍強度噪聲下降20dB，至-110dB/Hz；1kHz處頻率噪聲下降10dB，至40dB re Hz/Hz1/2。⑥用單頻雷射自注入鎖定實現了頻率與強度噪聲大幅抑制，頻率噪聲抑制25dB，線寬從3.5 kHz壓縮到700 Hz；強度噪聲抑制頻寬達30MHz，馳豫振盪峰抑制35 dB，從-90 dB/Hz到-125 dB/Hz。
