雙包層光子晶體光纖激光器及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器研究.pdf

1、光子晶體光纖(PCF)由于其深刻的物理背景和重要的應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注，成為光纖光學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)。PCF以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，為光纖通信等高新技術(shù)領(lǐng)域提供了一種新型的光傳輸介質(zhì)和光器件。隨著PCF的理論研究、制造技術(shù)、性能測(cè)量和施工技術(shù)等工作的不斷深入和完善，PCF將會(huì)成為光纖通信等系統(tǒng)中性能優(yōu)良的光信號(hào)傳輸、處理、變換的新一代光子器件。 本論文選題于國(guó)家973課題：“基于光子晶體光纖的光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎(chǔ)

2、研究”。課題的主要目標(biāo)包括：揭示光子晶體光纖中新的調(diào)諧機(jī)制及非線性機(jī)理：研制出各種基于光子晶體光纖的通信光電子器件；研制出基于光子晶體光纖的集成光纖器件等。本文以光子晶體光纖及相關(guān)光纖器件為主要研究對(duì)象，從課題的目標(biāo)出發(fā)，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作，并取得了若干創(chuàng)新性成果： 1．文章首先介紹了光子晶體光纖常用的數(shù)值模擬方法，其中詳細(xì)討論了有限元方法的基本思想與基本分析步驟，并推導(dǎo)了本征方程，基于磁場(chǎng)波動(dòng)方程的泛函變分理論推

3、導(dǎo)了在三角形邊單元下，有限元方法的基本公式，以及PML邊界條件的引入。并利用有限元法對(duì)空氣孔孔徑漸變光纖的模式和傳播常數(shù)進(jìn)行了數(shù)值分析。 2．利用有限元法分析結(jié)構(gòu)不規(guī)則的光子晶體光纖的模場(chǎng)分布，計(jì)算了由于空氣孔位置偏離和空氣孔變形兩種不規(guī)則情況導(dǎo)致的光纖雙折射，并給出了由于PCF結(jié)構(gòu)不規(guī)則所造成的雙折射與結(jié)構(gòu)不規(guī)則比率、光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，數(shù)值模擬所得結(jié)果對(duì)低雙折射光子晶體光纖設(shè)計(jì)制作具有一定指導(dǎo)意義。 3．采用F-

4、P腔結(jié)構(gòu)研究了包層泵浦摻。Yb<'3+>光子晶體光纖激光器的輸出特性。在以二向色鏡作為腔鏡的實(shí)驗(yàn)中，獲得了斜率效率57％，波長(zhǎng)1074.5nm，功率為2.65W的穩(wěn)定激光輸出；而以二向色鏡和光纖端面構(gòu)成F-P腔的實(shí)驗(yàn)中，最高獲得了輸出功率為11.69W的激光輸出。且得到的激光光譜的線寬非常窄，顯示出這類光纖激光器的優(yōu)異特性。實(shí)驗(yàn)研究中，雖然采用的是大模場(chǎng)面積光纖，但是由于光纖的優(yōu)越限模作用，激光器仍為單模運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 我們還研究了

5、該包層泵浦摻Y(jié)b<'3+>光子晶體光纖的放大特性，雖然輸出結(jié)果并不理想，但是我們反復(fù)試驗(yàn)摸索出的光子晶體光纖端面按角度磨制拋光方法為今后光子晶體光纖放大器的成功研制奠定了很好的基礎(chǔ)。 4.采用TFB耦合的方法，研制了全光纖化的包層泵浦Er<'3+>-Yb<'3+>共摻光纖放大器，采用前向泵浦和后向泵浦時(shí)所得的輸出功率分別為80mW和50mW(信號(hào)光功率約為10mW，1556.84nm)。實(shí)驗(yàn)表明采用后向泵浦的方式能獲得更好的增益

6、平坦度。 5.對(duì)基于非線性色散位移光子晶體光纖的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。首先從理論上分析了四波混頻發(fā)生的條件，并計(jì)算了給定光纖的滿足四波混頻相位匹配條件的泵浦光波長(zhǎng)范圍，從理論上指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)選取合適的泵浦光源。在實(shí)驗(yàn)上提出了實(shí)現(xiàn)基于FWM的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案，以可調(diào)諧脈沖激光器作為泵浦光，利用光子晶體光纖FWM效應(yīng)對(duì)固定波長(zhǎng)的信號(hào)(1554.42nm、1537.2nm)進(jìn)行了高效寬帶波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)光路中，利用光纖環(huán)