基于摻鉺光纖和光纖拉曼放大機理的光纖激光器實驗與理論研究.pdf

1、隨著光纖通訊技術(shù)和光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，能夠與光纖兼容的光纖器件得到了廣泛而深入地研究，其中光纖激光器由于其成本低、結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活和光纖兼容等方面的優(yōu)點，以及在光纖通訊系統(tǒng)、光纖傳感、光譜分析、微波信號產(chǎn)生等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景，吸引了廣大研究者的興趣。然而，由于目前用于光纖激光器的許多增益機制在功率轉(zhuǎn)換效率、輸出穩(wěn)定性或者輸出譜寬等方面都有各自不同的內(nèi)在缺點，限制了它們的性能和應(yīng)用。 本文針對用于光纖激光器的兩種不同增益介質(zhì)—

2、—摻鉺光纖和拉曼光纖，以摻鉺光纖放大器為切入點，在深入研究了這兩種光纖放大器的基礎(chǔ)上，重點對以多波長為主的光纖激光器做了較為系統(tǒng)、深入的理論和實驗研究。 具體而言，從實驗和理論兩個方面系統(tǒng)地研究了摻鉺光纖放大器；研究了多波長激光原理和多波長濾波器；研究了光纖拉曼多波長激光器：分析了它們各自的優(yōu)缺點和存在的問題。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的、應(yīng)用于多波長光纖激光器的摻鉺光纖和光纖拉曼的混合增益機制。理論上預(yù)期，該機制能夠使室溫下?lián)?/p>

3、鉺光纖放大內(nèi)在的增益競爭得到很好的抑制，因而可以獲得穩(wěn)定多波長運行，并且同時具有摻鉺光纖的高功率轉(zhuǎn)換效率、低激光器閾值的優(yōu)點。最終通過實驗實現(xiàn)了基于該增益機制的、室溫下能夠高穩(wěn)定性、高信噪比、功率均衡運行的多波長光纖激光器。并在理論上進一步分析和模擬了該混合機制的實現(xiàn)機理，理論結(jié)論與實驗結(jié)果一致。實驗表明，該混合機制并不同于兩種增益機制簡單的組合?；谙嗤脑恚疚囊矊嶒炑芯苛宋覀兯岢龅幕旌显鲆鏅C制在主動鎖模脈沖光纖激光器中的應(yīng)用，

4、實驗結(jié)果說明該混合增益機制同樣能夠有效的抑制模式噪聲。另外也介紹了與本文課題關(guān)系密切的一些實驗研究和設(shè)備制作過程，如基于鉍基摻鉺光纖的寬帶ASE(放大自發(fā)輻射)光源的制作。主要內(nèi)容如下： 首先在緒論中分別簡要介紹了激光器、光纖激光器的歷史和現(xiàn)狀；重點介紹了多波長光纖激光器的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，特別對于摻鉺光纖、拉曼光纖、半導體泵浦光源、譜濾波器等關(guān)鍵器件的研究現(xiàn)狀作了綜述；介紹了基于摻鉺光纖放大、光纖拉曼散射、光纖布里淵散射和半

5、導體光放大器等不同的增益機制的優(yōu)點和缺點；最后討論了多波長光纖激光器面臨的問題。 第二，系統(tǒng)地介紹了摻鉺光纖放大器的基本理論；介紹和推導了摻鉺光纖放大器的基本理論模型；介紹了摻鉺光纖基本參數(shù)的測量測試方法；提出并實驗研究了一種新型結(jié)構(gòu)的低噪聲、高增益摻鉺光纖放大器；研究了鉍基摻鉺光纖的特性，實驗研究了一種基于鉍基摻鉺光纖的寬帶ASE光源。 第三，對影響激光器多模振蕩穩(wěn)定的介質(zhì)增益和損耗屬性，如譜線展寬機制、增益飽和、模式

6、競爭等概念，作了系統(tǒng)地分析；介紹了激光器多模振蕩的速率方程；以Sagnac環(huán)形濾波器為代表，理論和實驗分析了F-P諧振腔、譜濾波器等構(gòu)成多波長光纖激光器的關(guān)鍵器件。 第四，系統(tǒng)地從理論上介紹了光纖拉曼受激散射的增益機制，以及四波混頻等非線性效應(yīng)的影響，從半經(jīng)典電磁理論出發(fā)，推導了它們的基本耦合方程，對一些重要的基本參數(shù)的測量方法和測試過程作了介紹，提出并實驗研究了基于光子晶體光纖Sagnac環(huán)形濾波器的光纖拉曼多波長激光器。

7、 第五，該部分包括了本文的主要工作內(nèi)容和主要創(chuàng)新點。實驗比較了摻鉺光纖和拉曼光纖增益特性的不同和對多波長激光器輸出的影響；進而提出了基于摻鉺光纖和光纖拉曼混合增益機制，進行了針對基于該混合增益機制的多波長光纖激光器實驗研究，實驗表明，該混合機制并不是兩種放大器簡單的組合，摻鉺光纖在增益中起主導作用，而拉曼光纖對輸出光功率的貢獻要小很多；以已經(jīng)獲得的實驗證據(jù)為基礎(chǔ)，理論分析和模擬了該混合增益機制支持穩(wěn)定多波長運行的機理，獲得了與實驗結(jié)

8、果一致的結(jié)論；介紹了不同實驗裝置的設(shè)計和研究過程，并進一步提出了波長間隔可調(diào)、輸出波長范圍可控的的實驗改進方法。 第六、介紹了摻鉺光纖和光纖拉曼混合增益機制在主動鎖模光纖激光器的應(yīng)用研究，實驗證明該混合增益機制同樣能夠有效抑制摻鉺光纖主動鎖模激光器的超模噪聲。 最后，對本文的內(nèi)容作了總結(jié)，分析了多波長光纖激光器的趨勢，提出了展望，指出在拉曼增益特性等方面可能的研究方向。 總之，本論文圍繞多波長光纖激光器的研究熱點