【摘要】：多波長光纖激光器是基于同一諧振腔實現(xiàn)多個波長的光纖激光同時激射與輸出,其裝置結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、且易于集成,在多波長激光雷達、光纖傳感、波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)、微波光子學(xué)、太赫茲光譜技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著一些實際應(yīng)用中對測量精度的要求越來越高,使用多波長單頻光纖激光器作為光源能夠有效提高激光探測的精度。因此,開展多波長單頻光纖激光器的研究具有重要意義。但由于鉺鐿共摻光纖中Er~(3+)的增益譜線會發(fā)生均勻加寬,從而引起不同波長間的波長競爭和交叉增益飽和現(xiàn)象,導(dǎo)致常溫下多波長激光難以同時激射。目前,大多數(shù)1.5μm多波長單頻激光的研究工作都是基于偏振燒孔效應(yīng)實現(xiàn)雙波長輸出,很難滿足實際應(yīng)用中對更多波長的需求。針對以上存在的問題,本論文圍繞多波長單頻光纖激光器開展了研究,具體的研究內(nèi)容以及獲得的成果如下:(1)從鉺鐿共摻光纖的能級結(jié)構(gòu)和粒子躍遷過程出發(fā),分析與研究了鉺鐿共摻光纖內(nèi)多波長振蕩時由Er~(3+)譜線均勻加寬引起波長競爭的機理,通過在光路中引入偏振燒孔效應(yīng)和增益均衡機制,設(shè)計了有效抑制波長競爭的多波長激光諧振腔結(jié)構(gòu),并基于速率方程,建立了多波長激光諧振腔理論模型。(2)基于多波長諧振腔模型,考慮了多波長光場之間相互耦合形成的非線性效應(yīng),結(jié)合非線性薛定諤方程,對多波長光纖激光器的輸出功率及光場演化進行建模仿真。分析了單縱模和多縱模輸出狀態(tài)下的多波長激光性能,研究了多縱模運轉(zhuǎn)對多波長激光器功率穩(wěn)定性的影響。根據(jù)設(shè)計的能夠有效抑制波長競爭的激光諧振腔結(jié)構(gòu),搭建了多波長單頻光纖激光器,實現(xiàn)了波長間隔為0.4 nm的4個單頻激光同時穩(wěn)定輸出,其中每個波長的激光線寬為20 kHz,在頻率大于3 MHz處的相對強度噪聲值均小于-113 dB/Hz。(3)基于半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM)對光的飽和吸收特性,在諧振腔內(nèi)加入SESAM作為反射鏡構(gòu)建被動調(diào)Q裝置,實現(xiàn)了4個不同波長的單頻調(diào)Q脈沖激光同時穩(wěn)定輸出,其最大平均功率為19.44 mW。通過改變泵浦功率大小,其輸出脈沖重復(fù)頻率可在126.6到350.9 kHz范圍內(nèi)可調(diào),其最窄脈沖寬度為104 ns。此外,結(jié)合鉺鐿共摻光纖的多波長諧振腔理論模型和SESAM反射率隨光功率變化方程,建立了多波長被動調(diào)Q的理論模型,通過仿真得到了多波長激光的脈沖序列。同時,研究了輸出波長數(shù)量變化時的激光脈沖序列及其變化規(guī)律,通過研究發(fā)現(xiàn)了隨著輸出波長數(shù)量的增加,脈沖重復(fù)頻率會隨之增大,而脈沖能量會隨之降低。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248
【圖文】：

（Erbium-doped FiberAmplifier, EDFA）提供足夠增益，并插入 F-P 濾波器等器件進行波長選擇。圖1-1 利用F-P濾波器進行波長選擇的多波長光纖激光器Fig. 1-1 Multi-wavelength fiber laser by using a F-P filter for wavelength selection另外，也可以把單模光纖或保偏光纖與偏振控制器等光學(xué)器件通過光耦合器連接成環(huán)狀，組成光纖 Lyot-Sagnac 環(huán)來進行濾波和選頻，其典型的光路結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。入射光從耦合器進入光纖環(huán)中，在環(huán)路中被分成沿順時針和逆時針兩個方向傳播的兩路光，在光纖環(huán)內(nèi)，偏振控制器（Polarization Controller, PC）相當(dāng)于兩個4λ波片和一個λ 波片，為這兩路光引入固定的快慢軸相位差，同時，光場在通過保偏光纖時也產(chǎn)生另一快慢軸相位差，這兩束光在傳輸一周后回到耦合器并干涉形成梳狀濾波[27-29]。然而

光纖環(huán)相結(jié)合的方式，并且控制腔內(nèi)變量使它們的濾波通道相匹配，才能獲得更窄的濾波帶寬。但是該裝置增大了腔內(nèi)損耗，也導(dǎo)致光纖激光器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。圖1-2 光纖Sagnac環(huán)作波長選擇的結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-2 Configuration of the fiber Sagnac loop for wavelength selection為了避免這些問題，可以利用光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating, FBG）實現(xiàn)波長選擇。FBG 的濾波帶寬窄、結(jié)構(gòu)簡單靈活、插入損耗小，且制作成本低廉。通過具有雙折射效應(yīng)的保偏 FBG 選擇波長，引入偏振燒孔效應(yīng)，能夠獲得簡單、可控的雙波長光纖激光輸出。為了使光纖激光器輸出正交線偏振且波長間隔小的多波長單頻激光，經(jīng)過分析和討論，論文中設(shè)計的多波長單頻光纖激光諧振腔中選用了雙通道保偏窄帶 FBG作為選頻元件，來完成激光系統(tǒng)的波長選擇功能。然而，室溫條件下的 Er3+具有較強的增益均勻加寬特性

內(nèi)額外插入調(diào)制器件，增大腔內(nèi)損耗，且成本較高，通常需要配合多級功率放大才能實現(xiàn)激光的有效輸出。圖1-3 基于頻移技術(shù)的多波長光纖激光器結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-3 Configuration of the multi-wavelength fiber laser based on frequency shiftertechnology（3）四波混頻：四波混頻是基于激光對光纖介質(zhì)參量的影響而產(chǎn)生的一種非線性光學(xué)效應(yīng)，它會引起能量從高功率波長傳遞到低功率波長處，使得各波長間的功率更加均衡，使不同波長信號光之間的功率差異減少，實現(xiàn)各波長能量的自穩(wěn)定[26,35]。圖 1-4

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉艷格;馮新煥;董孝義;;室溫穩(wěn)定多波長光纖激光器技術(shù)的研究新進展[J];中國激光;2007年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張晨芳;多波長摻鉺光纖激光器和稀土摻雜光纖的研究[D];北京交通大學(xué);2014年

2 劉爽;多波長光纖激光器及其應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2010年

本文編號：2766251