光纤激光器及中红外半导体激光器的研究与传感应用

【摘要】激光传感技术由于其结构简单、稳定性好、分辨率高、适应性强等众多优点,最近几年得到了越来越多的发展。其中,光纤激光传感器由于拥有较高的信噪比和超窄的带宽,近年来被广泛应用于水声测量以及各种工程设施监测中。本文对基于传感应用的光纤光栅激光器的形成机理以及制造工艺进行阐述,深入研究了基于拍频解调技术制作的光纤激光应变传感器和温度传感器。同时,本文对用于气体检测、医学诊断、环境监测等传感领域的中红外半导体激光器的特性,如量子级联激光器器件的制造工艺,带间级联激光器的远场特性也进行了研究。文章的主要内容如下：(1)阐述了光纤布拉格光栅的传输理论以及光纤激光器的形成机理,运用波导理论中的耦合模理论以及传输矩阵方法,对光纤光栅以及光纤激光器中的光波传输进行分析。介绍了运用相位模板法制作光纤光栅激光器的方法,同时,分析了基于等效相移技术的光纤激光器,制作了双波长等效相移光纤激光器。(2)基于拍频解调方案,研究了直腔型多波长光纤激光传感器,通过对不同泵浦下,该传感器的光谱变化以及拍频信号的频率-应变响应的研究,分析了多波长光纤激光器中所存在的四波混频现象。同样,基于拍频解调方案,提出了环腔光纤激光温度传感器,最高可测温度达到1000℃,测量灵敏度可达8.48kH[z/℃@1480.5MHz。(3)阐述了量子级联激光器的基本工作原理,对量子级联激光器的制造工艺进行介绍。量子级联激光器的制作工艺,如光栅制作,脊条刻蚀,电绝缘层沉积,开电注入窗口以及后期的解理、烧结、引线等工艺,均在本文做了详细介绍。(4)介绍了带间级联激光器的工作原理及其常规表征测试方法(光谱及电流-电压-功率测试)。研究了四个不同脊／电极形貌的器件的远场特性,通过理论模拟和实验分析,证实了在等离子体波导带间级联激光器中,沿着脊条横向方向,若器件脊条中央只有单一金属电注入窗口,由于一阶模的参与作用,将会导致双峰形貌的远场；而具有两个电注入窗口的器件,则产生单峰的远场形貌。
【作者】殷作为；
【导师】陈向飞；
【作者基本信息】南京大学，材料物理与化学，2012，博士
【关键词】光纤光栅激光器；光纤激光传感器；量子级联激光器；带间级联激光器；

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