《Er:Glass NPRO雷射強度噪聲的全量子理論分析與實驗研究》是依託電子科技大學,由王雲祥擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Er:Glass NPRO雷射強度噪聲的全量子理論分析與實驗研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王雲祥
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
零差相干光通信是解決未來天基通信頻寬瓶頸的重要途徑，該體制對光源的強度噪聲、線寬和功率均提出了很高的要求。利用非平面環形雷射器（NPRO）易獲得窄線寬、高功率輸出的優點，採用Er:Glass建立NPRO並抑制其強度噪聲，將為天基通信套用提供一種理想的1.55微米波段光源。主要研究內容包括三個方面：三能級固體雷射噪聲的理論分析，低噪聲NPRO設計和雷射噪聲抑制實驗研究。通過建立三能級固體雷射噪聲的全量子理論分析模型，求解噪聲傳遞函式和輸出噪聲譜，克服傳統速率方程理論定量分析不準確的缺陷。基於低折射率介質設計和研製NPRO，獲得足夠大的本徵偏振態損耗差，實現穩定的單頻行波振盪，突破NPRO介質折射率須大於1.73的傳統觀念。採用高階相位超前電路設計反饋控制環路，更好的補償高頻相位延遲，改善噪聲抑制效果。預期獲得相對強度噪聲低於-150dB/Hz、功率大於500mW的單頻窄線寬雷射輸出。
結題摘要
低噪聲、窄線寬和高功率雷射源在雷射通信、探測和測量等領域具有重要套用，也是雷射技術領域的一個重點研究方向。1.55µm波段的Er:Glass雷射能與現有光通信器件和設備很好的兼容，且具有線寬窄的優勢，通過進一步抑制其輸出強度噪聲，將具備良好的套用前景。完成了項目預定研究內容，包括以下三個方面。（1）在理論上建立了三能級固體雷射強度噪聲的全量子理論分析模型，通過線性微擾處理和傅立葉變換，求解出各噪聲源到雷射輸出噪聲的傳遞函式，得到雷射輸出強度噪聲譜。在全量子理論模型中引入反饋控制機制，求解出加入反饋控制環路後的輸出強度噪聲譜，為噪聲抑制系統設計和實驗研究提供更準確的指導。（2）完成了低噪聲Er:Glass NPRO雷射器設計，包括三能級NPRO雷射器的泵浦均勻性設計、低折射率NPRO諧振腔的本徵偏振模式的損耗差設計、低噪聲輸出特性設計、反饋控制電路設計。在反饋控制電路設計中，採用級聯相位超前單元的方式，可在不同頻率處分別設計相位超前，補償高頻相位延遲，使得環路在高增益下仍具有良好的穩定性，從而獲得更好的噪聲抑制效果。（3）在實驗上，建立了1.55µm Er:Glass NPRO雷射器及噪聲反饋控制環路，在整個頻譜範圍內實現了對於雷射噪聲的大幅度抑制，獲得低噪聲輸出。Er:Glass NPRO雷射器各項技術指標達到項目預期指標，如下：（1）雷射波長：1.55µm；（2）雷射輸出功率：514mW；（3）相對強度噪聲：-151dB/Hz；（4）雷射線寬：0.7kHz。項目執行過程中，發表論文14篇，其中8篇論文被SCI檢索，3篇被EI檢索；申請專利3項；培養碩士研究生3名。低噪聲Er:Glass NPRO雷射器可套用於零差相干通信系統，提高系統接收信噪比，延伸通信距離。在雷射相干探測系統套用中，可提高接收靈敏度。
