鎖模拉曼光纖激光器及其動力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)娘w速發(fā)展，現(xiàn)有的通信波段將很快用完，研究發(fā)展新的波段就成為一個緊迫任務(wù)。鎖模拉曼光纖激光器作為基于光纖中受激拉曼散射（stimulated Raman scattering，SRS）效應(yīng)基本原理的光纖激光器，其只要選用恰當?shù)谋闷止庠?，理論上就可獲得任意波長激光輸出。拉曼光纖激光器（,Rman fiber lasers RFLs）在光學(xué)領(lǐng)域具有結(jié)構(gòu)簡單、高功率輸出且光束質(zhì)量好、激射波長靈活可調(diào)且轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點

2、，可以彌補半導(dǎo)體激光器的缺陷，成為光纖通信系統(tǒng)中較為理想的泵浦光源。本論文的研究工作就是在圍繞著鎖模拉曼光纖激光器和多波長拉曼光纖激光器基礎(chǔ)上，對U波段（1650 nm附近）的拉曼光纖激光器進行了相關(guān)理論分析、實驗研究和優(yōu)化設(shè)計。
　　首先，本文概述了光纖的構(gòu)造和基本特性，綜述了光纖中互相位與自相位調(diào)制、四波混頻、受激布里淵與受激拉曼散射等五種主要的非線性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上我們進一步分析介紹了被動鎖模光纖激光器中的可飽和吸收體、非線

3、性偏振旋轉(zhuǎn)和非線性光纖環(huán)形鏡等三種常見的基本鎖模方法及拉曼光纖激光器的基本工作原理，包括拉曼散射基本理論、光纖中受激拉曼散射的物理機制及增益、拉曼光纖激光器的幾種分類等等。
　　其次，在詳細介紹光纖中的纖芯和包層內(nèi)的光纖模式的基本原理的基礎(chǔ)上，進一步闡述了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）技術(shù)機制的多波長產(chǎn)生原理和Mach-Zehnder型干涉儀濾波器的工作原理。然后利用NPR技術(shù)的強度相關(guān)損耗特性的多波長產(chǎn)生機制構(gòu)建并研究了一個基于不

4、同芯徑光纖的纖芯--包層間Mach-Zehnder濾波器的多波長可調(diào)諧拉曼光纖激光器。我們實驗中不僅實現(xiàn)了多波長個數(shù)、位置和間隔的可調(diào)諧，而且獲得了中心波長為1650 nm、波長間隔為0.8 nm的高達40個波長的多波長拉曼光譜，其拉曼波長的信噪比SNR高達58 dB。該1650 nm波段的多波長可調(diào)諧拉曼光纖激光器由于其具有簡單的結(jié)構(gòu)且調(diào)諧方便，其必將在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
　　然后，從被動鎖模拉曼光纖激光器的閾值條件出

5、發(fā)，在研究并構(gòu)建了一個自制的連續(xù)波多縱模寬帶激光泵浦光源的基礎(chǔ)上著重分析討論多模激光泵浦的被動鎖模拉曼光纖激光器的基本原理。依賴該多縱模激光泵浦，提出和闡述了一個U波段的基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）鎖模機制的高單脈沖能量的被動鎖模拉曼光纖激光器，并進一步實驗研究了該連續(xù)波多模激光泵浦大脈沖能量的被動鎖模拉曼光纖激光器及其相關(guān)的特性。實驗獲得了中心波長位于1651.3 nm波長附近的高單脈沖能量的被動鎖模拉曼光纖激光器。該激光器能夠取得脈

6、寬為890 ps、功率為110 mW的穩(wěn)定的鎖模輸出脈沖。該輸出脈沖獲得了290.7 nJ的脈沖能量和326.7 W的峰值功率。激光腔的超模抑制比達到41.2 dB以及其信噪比高達50 dB以上。這種被動鎖模拉曼光纖激光器由于其具有簡單的結(jié)構(gòu)、大脈沖能量和高峰值功率，該激光器在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。
　　最后，根據(jù)非線性偏振旋轉(zhuǎn)的光強度相關(guān)透射特性的鎖模機制研究了一個超高階被動諧波鎖模拉曼光纖激光器。實驗研究表明該激光器能夠獲得

7、高達1552階諧波鎖模的穩(wěn)定的光脈沖，在1.5 W泵浦功率的情況下激光器的輸出功率為168.3 mW。就我們所知，這是目前為止所獲得的最高階的被動諧波鎖模光纖激光器。實驗中，我們可以獲得從第1階到第1552階范圍內(nèi)的不同階數(shù)的諧波鎖模脈沖。該拉曼光纖激光器的超模抑制比要優(yōu)于40 dB。同以前的工作相比，該激光器提供了一個關(guān)于高諧波階數(shù)、高脈沖能量以及優(yōu)良的脈沖質(zhì)量等性能的前所未有的結(jié)合。由于它的簡單結(jié)構(gòu)和高重復(fù)率，這個超高階諧波鎖模拉曼