新型光纖濾波器及在可調(diào)諧光纖激光器中的應(yīng)用研究.pdf

1、可調(diào)諧激光器因其具備中心波長(zhǎng)調(diào)諧，輸出波長(zhǎng)可切換及輸出波長(zhǎng)間隔可變等功能，在光通信和光傳感等領(lǐng)域中極具應(yīng)用價(jià)值。與可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器相比，可調(diào)諧光纖激光器具有可用帶寬寬、功率高、調(diào)諧簡(jiǎn)單、與光纖系統(tǒng)連接方便以及易實(shí)現(xiàn)kHz量級(jí)的窄線寬激光輸出等特點(diǎn)，多年來(lái)一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在這些激光器中常采用法布里-珀羅、介質(zhì)膜干涉、聲光可調(diào)諧、光纖光柵等濾波器作為波長(zhǎng)選擇器件，以實(shí)現(xiàn)激光輸出波長(zhǎng)的可調(diào)諧。為滿足可調(diào)諧激光器輸出波長(zhǎng)的可切換及

2、多波長(zhǎng)間隔可變等需求，還需要一些新型的濾波器。本論文將研究基于光纖中偏振模、芯模和包層模間干涉原理的全光纖濾波器，提出了該類光纖濾波器在環(huán)形腔光纖激光器中的應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)了三種調(diào)諧功能的光纖激光器。論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)研究了兩種基于高雙折射保偏光纖的薩格納克(Sagnac)全光纖濾波器，并將其應(yīng)用于環(huán)形腔光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了不同功能的調(diào)諧。利用瓊斯矩陣計(jì)算出了兩種基于高雙折射保偏光纖的薩格納克光纖濾波器中的反射和透射函數(shù)

3、，并通過(guò)理論模擬得到了傳輸光的偏振狀態(tài)對(duì)反射和透射函數(shù)的影響;根據(jù)理論分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了基于兩段高雙折射保偏光纖的單級(jí)Sagnac全光纖濾波器的一種新型濾波功能，提出了基于單段高雙折射保偏光纖的雙級(jí)Sagnac全光纖濾波器，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了偏振態(tài)對(duì)濾波譜的調(diào)諧功能;將上述濾波器應(yīng)用環(huán)形腔光纖激光器中，通過(guò)對(duì)振蕩激光偏振狀態(tài)的控制，可以實(shí)現(xiàn)最多5個(gè)波長(zhǎng)的同時(shí)輸出。激光器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多波長(zhǎng)間的切換，還可以實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)間隔的調(diào)諧功能。由于光纖深度飽和

4、增強(qiáng)的光譜燒孔效應(yīng)，在該激光器中實(shí)現(xiàn)了室溫下的多波長(zhǎng)穩(wěn)定激光振蕩，輸出的激光功率抖動(dòng)小于0.5dB。該類激光器在光通信和光傳感等領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。
　　(2)將基于光纖模間干涉原理的雙錐形全光纖濾波器應(yīng)用于環(huán)形腔光纖激光器中，提出了利用曲率調(diào)諧方式實(shí)現(xiàn)大范圍可調(diào)諧窄線寬激光輸出和單、雙波長(zhǎng)切換激光輸出。利用光束傳播法，分析出采用曲率調(diào)諧方式較應(yīng)變調(diào)諧方式能夠激發(fā)出更高階包層模，為雙錐形全光纖濾波器大范圍調(diào)諧提供了理論依據(jù);

5、在實(shí)驗(yàn)中，利用光纖熔接機(jī)制作出了雙錐形全光纖濾波器，并驗(yàn)證了采用曲率調(diào)諧方法的優(yōu)勢(shì)。將該濾波器應(yīng)用于環(huán)形腔摻鉺光纖激光器，并在腔內(nèi)引入一段未泵浦有源光纖，利用該段光纖中形成的飽和吸收體，實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)可調(diào)的窄線寬激光輸出，輸出線寬小于2kHz，波長(zhǎng)調(diào)諧范圍大于17nm。在該激光器中不置入飽和吸收光纖，就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單、雙波長(zhǎng)激光輸出。
　　(3)基于錯(cuò)位型光纖濾波器，提出一種內(nèi)置光纖光柵的全光纖復(fù)合濾波器，并將該種光纖濾波器應(yīng)用

6、于環(huán)形腔光纖激光器中，實(shí)現(xiàn)了單、雙波長(zhǎng)激光輸出。在雙波長(zhǎng)同時(shí)振蕩的情況下，還能夠?qū)崿F(xiàn)波長(zhǎng)間隔的連續(xù)調(diào)諧。利用光束傳播法，分析了錯(cuò)位量及纖芯失配條件對(duì)激發(fā)模式的影響，同時(shí)利用模式展開(kāi)法分析了錯(cuò)位量對(duì)濾波譜消光比的影響;在實(shí)驗(yàn)中，采用細(xì)芯光敏光纖利用錯(cuò)位熔接法制作出了該種濾波器，研究了應(yīng)變和溫度的調(diào)諧特性。在此基礎(chǔ)之上，采用相位掩膜法在光敏光纖中寫(xiě)入光纖光柵構(gòu)成了復(fù)合濾波器。由于該復(fù)合濾波器中的兩個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)變具有不同的響應(yīng)，將該種復(fù)合濾波