全光纖結(jié)構(gòu)喇曼光纖激光器研究.pdf

1、分布式喇曼光纖放大器(RFA)具有增益帶寬任意擴(kuò)展性、低噪聲和減小系統(tǒng)非線性效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，成為寬帶光放大器的研究熱點(diǎn)。RFA實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)之一是具備合適波長(zhǎng)的大功率泵浦源。喇曼光纖激光器基于光纖中的受激喇曼散射效應(yīng)，理論上可以實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)高功率激光輸出，被認(rèn)為是RFA的理想泵浦源。與半導(dǎo)體激光器相比，喇曼光纖激光器具有輸出波長(zhǎng)靈活設(shè)計(jì)、功率大、偏振不敏感、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高和與現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)兼容等特點(diǎn)。此外，采用多波長(zhǎng)級(jí)聯(lián)喇曼光纖

2、激光器作為RFA泵源，可以實(shí)現(xiàn)寬帶、平坦增益譜。論文的主要工作可概括如下：
　　 (1)考慮各級(jí)斯托克斯光有效纖芯面積的差異性，提出了一種改進(jìn)的適用于任意階級(jí)聯(lián)的喇曼光纖激光器解析理論分析模型。推導(dǎo)了喇曼光纖激光器輸出功率、閾值泵浦功率、光-光轉(zhuǎn)換效率最大時(shí)的最佳喇曼光纖長(zhǎng)度和最佳輸出耦合器反射率的解析表達(dá)式。根據(jù)理論推導(dǎo)結(jié)果分析了一鍺硅光纖五級(jí)級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器的輸出特性，并將理論計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作了對(duì)比，比較結(jié)果驗(yàn)證了

3、理論推導(dǎo)結(jié)果的正確性?；谠摻馕瞿Ｐ?，對(duì)喇曼光纖激光器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明：光-光轉(zhuǎn)換效率與閾值泵浦功率需要折衷設(shè)計(jì)；在最佳喇曼光纖長(zhǎng)度附近，光-光轉(zhuǎn)換效率對(duì)光纖長(zhǎng)度的變化不敏感，這種性質(zhì)增加了級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器優(yōu)化設(shè)計(jì)中對(duì)喇曼光纖長(zhǎng)度選擇的靈活性；輸出耦合器反射率的變化對(duì)喇曼光纖激光器光-光轉(zhuǎn)換效率的影響更顯著；諧振腔的附加損耗會(huì)嚴(yán)重劣化級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器性能，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需盡可能減小腔內(nèi)的損耗。
　　 (2)為分析與設(shè)計(jì)

4、多波長(zhǎng)級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器，提出了一種具有優(yōu)異收斂性能的混合遺傳算法。它結(jié)合了遺傳算法全局搜索能力強(qiáng)和打靶法在收斂域內(nèi)快速收斂的優(yōu)點(diǎn)。三波長(zhǎng)級(jí)聯(lián)喇曼光纖激光器的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：該混合遺傳算法克服了傳統(tǒng)遺傳算法收斂于局部最優(yōu)值或者在最優(yōu)值附近左右擺動(dòng)和打靶法需要設(shè)置適當(dāng)打靶初值的缺點(diǎn)；對(duì)少數(shù)優(yōu)良個(gè)體的打靶大大加速了它的收斂。
　　 (3)實(shí)驗(yàn)研究了一級(jí)1156nm喇曼光纖激光器中斯托克斯光譜的展寬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著泵浦功率的增加

5、，腔內(nèi)斯托克斯光譜呈現(xiàn)出“雙峰”結(jié)構(gòu)，同時(shí)還出現(xiàn)了非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的斯托克斯光頻譜邊帶，確認(rèn)了斯托克斯光縱模間的FWM非線性作用是導(dǎo)致其展寬的主要原因。采用有效反射率法可以修正喇曼光纖激光器的理論模型，選擇具有高喇曼增益系數(shù)的光纖作為喇曼增益媒質(zhì)可以一定程度緩解斯托克斯光譜的展寬。
　　 (4)實(shí)驗(yàn)研究了基于Sagnac梳狀濾波器和寬帶啁啾光纖布拉格光柵的1550nm多波長(zhǎng)喇曼光纖激光器。腔內(nèi)的色散位移光纖強(qiáng)化了信道間的FWM作用，能