自適應(yīng)非保偏-保偏光纖激光轉(zhuǎn)換技術(shù)研究.pdf

1、高功率、高亮度的線偏光纖激光在非線性頻率變換、引力波探測、激光通信、長距離傳感、光束合成等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，獲得高功率高亮度的線偏激光主要采用基于保偏光纖以及偏振相關(guān)器件的保偏光纖激光器。在保偏光纖激光器中，受激布里淵散射、受激拉曼散射等非線性效應(yīng)和模式不穩(wěn)定閾值要比同等條件下非保偏光纖激光器閾值低，保偏器件工藝復(fù)雜，價格昂貴，保偏光纖的切割、熔接等工藝難度較大。因此，一般而言，保偏光纖激光器輸出功率比非保偏光纖激光器的輸出功率

2、低。為了獲得更高功率的線偏振光纖激光，本文提出了自適應(yīng)非保偏—保偏激光轉(zhuǎn)換的技術(shù)方案，將非線偏振激光直接轉(zhuǎn)為高消光比的線偏振激光。論文對基于偏振控制器和鎖相控制原理的非保偏—保偏激光轉(zhuǎn)換的技術(shù)展開了詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要內(nèi)容包括：
　　首先，介紹了保偏光纖激光器的發(fā)展現(xiàn)狀和功率限制因素，指出了自適應(yīng)偏振轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)高功率保偏激光的可行性；回顧了國內(nèi)外研究人員在偏振控制領(lǐng)域的研究成果，總結(jié)了偏振控制技術(shù)在傳感、通信、光束合成等領(lǐng)

3、域的發(fā)展現(xiàn)狀。
　　其次，提出并設(shè)計(jì)了基于偏振控制器的自適應(yīng)非保偏—保偏激光轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，開展了詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。理論上給出控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了基于偏振控制器的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的理論模型?；陔S機(jī)并行梯度下降算法，數(shù)值模擬了算法的增益系數(shù)和擾動精度、偏振控制器的控制精度和步進(jìn)增益以及激光器穩(wěn)定性等因素對偏振轉(zhuǎn)換效果的影響。結(jié)果表明，通過優(yōu)化隨機(jī)并行梯度下降算法的參數(shù)以及偏振控制器的參數(shù)可以獲得高消光比的線偏振光。在

4、理論研究的基礎(chǔ)上，搭建了基于偏振控制器的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)特性，改進(jìn)了控制程序，分別進(jìn)行了低功率種子光條件下和高功率放大器條件下的自適應(yīng)偏振轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：無論是非保偏的種子源還是高功率放大后的非保偏激光均可以利用偏振轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)高消光比的偏振轉(zhuǎn)換，此外，利用此結(jié)構(gòu)可以對輸出光束進(jìn)行任意角度的轉(zhuǎn)換輸出。
　　然后，提出并研究了基于偏振鎖相的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)。理論上，給出了控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了基于偏

5、振鎖相的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的理論模型，分析了系統(tǒng)的重疊誤差、傾斜誤差，閉環(huán)時的鎖相殘差以及合成光束的光強(qiáng)不同等因素對偏振轉(zhuǎn)換效果的影響。結(jié)果表明，系統(tǒng)重疊誤差與傾斜誤差通過在合成處的不重合與光能泄漏影響系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，重疊誤差會影響輸出的偏振度，但傾斜誤差并不影響輸出的偏振度。在鎖相殘差較小的情況下可忽略兩路光強(qiáng)不同對偏振度與轉(zhuǎn)換效率造成的影響，因此，鎖相殘差是影響系統(tǒng)合成效率與偏振度的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)上，分別搭建了全光纖結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的基于鎖

6、相控制的實(shí)驗(yàn)平臺。在全光纖偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，將非保偏的激光的消光比從5dB提高到了17.2dB。在空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，最終獲得了偏振度為93.5％的高消光比激光。
　　最后，提出了直接將高功率寬譜非保偏激光器輸出激光轉(zhuǎn)換為線偏振激光的方案。分析了方案的可行性，研究了在寬譜光源的條件下利用基于偏振鎖相的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換的可行性，并設(shè)計(jì)了初步的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　本文通過理論和實(shí)驗(yàn)研究提出了基于偏振控制和偏振鎖相非保偏—保偏光轉(zhuǎn)