基于匹配干涉儀的光纖環(huán)形激光相干坍塌抑制
發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 02:08
跳模會(huì)導(dǎo)致單波長(zhǎng)光纖環(huán)形激光器相干性有不同程度的退化,嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)一種基于匹配干涉儀的相干坍塌抑制方案,分析抑制機(jī)理。并分別搭建臂差可調(diào)的空間光匹配干涉儀(SLMI)和全光纖結(jié)構(gòu)匹配干涉儀(AFMI),通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)抑制效果進(jìn)行方案驗(yàn)證。結(jié)果表明:當(dāng)SLMI的等效臂差不斷逼近理論值時(shí),可監(jiān)測(cè)到多模匹配干涉現(xiàn)象,該現(xiàn)象等效于單縱模激光干涉,從而實(shí)現(xiàn)相干坍塌抑制;AFMI結(jié)構(gòu)緊湊,便于嵌入光纖相干探測(cè)系統(tǒng)中,能有效抑制隨機(jī)跳模引入的相干坍塌和相位噪聲譜級(jí)的大幅上升,降低系統(tǒng)虛警概率。作為一種被動(dòng)手段,匹配干涉儀對(duì)抑制或規(guī)避模式失穩(wěn)引起的相干坍塌具有指導(dǎo)意義。
【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020年03期 第87-93頁(yè) 北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)
【部分圖文】：
實(shí)驗(yàn)裝置。
為準(zhǔn)確測(cè)算匹配臂差l0,需測(cè)量EDFRL的縱模間隔Δν0。實(shí)驗(yàn)中提升泵浦強(qiáng)度至一定水平,驅(qū)使EDFRL的輸出處于多模振蕩頻發(fā)狀態(tài),通過(guò)測(cè)量分析多縱模間的拍頻信號(hào)來(lái)測(cè)得Δν0。圖2為EDFRL在非穩(wěn)定多模振蕩條件下測(cè)得的拍頻信號(hào)功率譜(平均模式),圖中梳狀譜線對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)均為Δν0的倍頻量,測(cè)得Δν0=18.780 MHz。該匹配干涉儀所用光纖在1550 nm附近的折射率為n=1.4680。構(gòu)建匹配干涉儀時(shí),令(5)式中k0值為1,計(jì)算得到EDFRL對(duì)應(yīng)的匹配臂差l0=543.71 cm。理論上,l0是指全光纖結(jié)構(gòu)匹配干涉儀的臂差,對(duì)于空間光匹配干涉儀,將兩臂的總光程差除以2n折算為l0。Δν0與n的測(cè)量誤差分別為1 kHz、10-4,則根據(jù)(5)式可推算出l0的測(cè)算誤差δl0=0.66 mm。另外,干涉儀短臂光纖(包括準(zhǔn)直器)量取100.00 cm,長(zhǎng)臂光纖量取643.70 cm,量取誤差均為1 mm,再加上測(cè)算誤差δl0、光纖端面切割測(cè)量誤差與熔接損耗,實(shí)驗(yàn)條件下l0的綜合誤差控制在3 mm以內(nèi),如圖1所示,通過(guò)微調(diào)兩臂之間的空間光程差進(jìn)行誤差補(bǔ)償,以實(shí)現(xiàn)匹配干涉實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與特性分析。
實(shí)驗(yàn)時(shí)提升泵浦強(qiáng)度至一定水平,EDFRL進(jìn)入陣發(fā)多模區(qū),工作在多模振蕩頻發(fā)的狀態(tài),當(dāng)輸出模式結(jié)構(gòu)處于復(fù)雜的多模競(jìng)爭(zhēng)時(shí),光源往往出現(xiàn)相干坍塌現(xiàn)象[17]。理論上,當(dāng)Michelson干涉儀兩臂光程差對(duì)應(yīng)的時(shí)延滿足(4)式時(shí),可實(shí)現(xiàn)多模匹配干涉。為驗(yàn)證多模匹配干涉,如圖1(c)所示,分別利用基座和光纖調(diào)整架的步進(jìn)旋鈕對(duì)長(zhǎng)臂上的準(zhǔn)直器與平面鏡的距離進(jìn)行先粗調(diào)再微調(diào),從而精細(xì)聯(lián)調(diào)兩臂的等效臂差。同時(shí)監(jiān)測(cè)EDFRL輸出的模式結(jié)構(gòu)與兩干涉儀的干涉條紋信號(hào),當(dāng)?shù)刃П鄄顚?shí)際值不斷逼近理論值l0時(shí),即可監(jiān)測(cè)到匹配干涉現(xiàn)象,如圖3所示。圖3表示數(shù)字示波器輸出的四通道信號(hào),圖中從上至下依次為縱模結(jié)構(gòu)、空間光匹配干涉儀和常規(guī)光纖干涉儀輸出的干涉條紋。高泵浦條件下,EDFRL常處于非穩(wěn)態(tài)多縱模振蕩,如圖3(a)～(c)所示,瞬態(tài)縱模結(jié)構(gòu)演化方式復(fù)雜多變,多模競(jìng)爭(zhēng)劇烈,并對(duì)光源相干性與綜合性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。圖3(a)顯示當(dāng)前縱模結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,同時(shí)常規(guī)干涉儀輸出相對(duì)穩(wěn)定的干涉條紋,如圖3(g)所示,但該狀態(tài)難以長(zhǎng)時(shí)保持,表明EDFRL處于準(zhǔn)靜態(tài)多模振蕩。圖3(b)、(c)則顯示當(dāng)前縱模結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)非穩(wěn)定,結(jié)合圖3(h)、(i)可知,EDFRL處于動(dòng)態(tài)多模振蕩,模式競(jìng)爭(zhēng)激烈。
本文編號(hào)：2906065
【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020年03期 第87-93頁(yè) 北大核心
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【部分圖文】：
實(shí)驗(yàn)裝置。
為準(zhǔn)確測(cè)算匹配臂差l0,需測(cè)量EDFRL的縱模間隔Δν0。實(shí)驗(yàn)中提升泵浦強(qiáng)度至一定水平,驅(qū)使EDFRL的輸出處于多模振蕩頻發(fā)狀態(tài),通過(guò)測(cè)量分析多縱模間的拍頻信號(hào)來(lái)測(cè)得Δν0。圖2為EDFRL在非穩(wěn)定多模振蕩條件下測(cè)得的拍頻信號(hào)功率譜(平均模式),圖中梳狀譜線對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)均為Δν0的倍頻量,測(cè)得Δν0=18.780 MHz。該匹配干涉儀所用光纖在1550 nm附近的折射率為n=1.4680。構(gòu)建匹配干涉儀時(shí),令(5)式中k0值為1,計(jì)算得到EDFRL對(duì)應(yīng)的匹配臂差l0=543.71 cm。理論上,l0是指全光纖結(jié)構(gòu)匹配干涉儀的臂差,對(duì)于空間光匹配干涉儀,將兩臂的總光程差除以2n折算為l0。Δν0與n的測(cè)量誤差分別為1 kHz、10-4,則根據(jù)(5)式可推算出l0的測(cè)算誤差δl0=0.66 mm。另外,干涉儀短臂光纖(包括準(zhǔn)直器)量取100.00 cm,長(zhǎng)臂光纖量取643.70 cm,量取誤差均為1 mm,再加上測(cè)算誤差δl0、光纖端面切割測(cè)量誤差與熔接損耗,實(shí)驗(yàn)條件下l0的綜合誤差控制在3 mm以內(nèi),如圖1所示,通過(guò)微調(diào)兩臂之間的空間光程差進(jìn)行誤差補(bǔ)償,以實(shí)現(xiàn)匹配干涉實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證與特性分析。
實(shí)驗(yàn)時(shí)提升泵浦強(qiáng)度至一定水平,EDFRL進(jìn)入陣發(fā)多模區(qū),工作在多模振蕩頻發(fā)的狀態(tài),當(dāng)輸出模式結(jié)構(gòu)處于復(fù)雜的多模競(jìng)爭(zhēng)時(shí),光源往往出現(xiàn)相干坍塌現(xiàn)象[17]。理論上,當(dāng)Michelson干涉儀兩臂光程差對(duì)應(yīng)的時(shí)延滿足(4)式時(shí),可實(shí)現(xiàn)多模匹配干涉。為驗(yàn)證多模匹配干涉,如圖1(c)所示,分別利用基座和光纖調(diào)整架的步進(jìn)旋鈕對(duì)長(zhǎng)臂上的準(zhǔn)直器與平面鏡的距離進(jìn)行先粗調(diào)再微調(diào),從而精細(xì)聯(lián)調(diào)兩臂的等效臂差。同時(shí)監(jiān)測(cè)EDFRL輸出的模式結(jié)構(gòu)與兩干涉儀的干涉條紋信號(hào),當(dāng)?shù)刃П鄄顚?shí)際值不斷逼近理論值l0時(shí),即可監(jiān)測(cè)到匹配干涉現(xiàn)象,如圖3所示。圖3表示數(shù)字示波器輸出的四通道信號(hào),圖中從上至下依次為縱模結(jié)構(gòu)、空間光匹配干涉儀和常規(guī)光纖干涉儀輸出的干涉條紋。高泵浦條件下,EDFRL常處于非穩(wěn)態(tài)多縱模振蕩,如圖3(a)～(c)所示,瞬態(tài)縱模結(jié)構(gòu)演化方式復(fù)雜多變,多模競(jìng)爭(zhēng)劇烈,并對(duì)光源相干性與綜合性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。圖3(a)顯示當(dāng)前縱模結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,同時(shí)常規(guī)干涉儀輸出相對(duì)穩(wěn)定的干涉條紋,如圖3(g)所示,但該狀態(tài)難以長(zhǎng)時(shí)保持,表明EDFRL處于準(zhǔn)靜態(tài)多模振蕩。圖3(b)、(c)則顯示當(dāng)前縱模結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)非穩(wěn)定,結(jié)合圖3(h)、(i)可知,EDFRL處于動(dòng)態(tài)多模振蕩,模式競(jìng)爭(zhēng)激烈。
本文編號(hào)：2906065
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