基于新型全光纖濾波器的可調(diào)多波長(zhǎng)稀土摻雜石英基光纖激光器研究.pdf

1、多波長(zhǎng)光纖激光器能夠同時(shí)穩(wěn)定輸出多個(gè)波長(zhǎng)，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、高光束質(zhì)量、低成本等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速大容量光纖通信和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中。單縱模窄線(xiàn)寬波長(zhǎng)可切換、波長(zhǎng)可調(diào)、波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧的多波長(zhǎng)光纖激光器在大氣激光雷達(dá)、多參量激光同時(shí)傳感、微波光子和高功率激光產(chǎn)生等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本文結(jié)合所承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，針對(duì)基于新型全光纖濾波器的可調(diào)多波長(zhǎng)光纖激光器，開(kāi)展了一系列深入的理論分析及實(shí)驗(yàn)研究，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:

2、>　　1、提出三種基于模式耦合作用的光纖濾波器結(jié)構(gòu)，分別是具有單偏振超窄帶濾波特性的保偏啁啾莫爾光纖光柵、基于彎曲調(diào)諧的耦合型雙芯光纖濾波器和偏振依賴(lài)多模-單模-多模(PD-MSM)濾波器。從模式耦合理論出發(fā)，對(duì)保偏啁啾莫爾光纖光柵中同一偏振態(tài)下的正反向基模之間耦合作用、雙芯光纖濾波器的兩個(gè)平行纖芯之間模式耦合作用、PD-MSM濾波器的同一偏振態(tài)下單模光纖模式與多模光纖模式之間耦合作用進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析。實(shí)驗(yàn)制作出了這三種光纖濾波器件

3、:保偏啁啾莫爾光纖光柵實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)以上單偏振、超窄帶寬的透射通帶，偏振消光比大于15dB;耦合型雙芯光纖濾波器的通過(guò)改變彎曲曲率，獲得具有大于27nm波長(zhǎng)連續(xù)調(diào)節(jié)范圍; PD-MSM的梳狀透射光譜實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)正交偏振態(tài)上交替濾波，偏振消光比可達(dá)25dB。
　　2、提出兩種基于保偏光纖光柵的可切換雙波長(zhǎng)石英基摻銩光纖激光器結(jié)構(gòu)。利用保偏均勻光纖布拉格光柵的偏振依賴(lài)特性加強(qiáng)腔內(nèi)的偏振燒孔效應(yīng)(PHB)，研制出室溫下1.94μm波段的雙波長(zhǎng)

4、激光器。波長(zhǎng)間隔0.81nm，光信噪比高于60dB。對(duì)比分析表明，在摻銩光纖中PHB的作用下，激光輸出的光信噪比和穩(wěn)定性受泵浦功率、光柵反射率的增加而得到改善。雙波長(zhǎng)激光器最大輸出功率378mW，斜率效率達(dá)15.6％。通過(guò)偏振分析可知，兩個(gè)波長(zhǎng)的輸出激光均具有高達(dá)49.1dB的偏振消光比，且分別處于相互正交的偏振態(tài)上。通過(guò)調(diào)整激光腔內(nèi)的偏振態(tài)，在該摻銩光纖激光器中觀(guān)察到輸出波長(zhǎng)可切換現(xiàn)象;利用保偏啁啾莫爾光纖光柵的偏振依賴(lài)和超窄帶濾波特

5、性，減少腔內(nèi)均勻加寬線(xiàn)寬并抑制多縱模的產(chǎn)生，研制出室溫下穩(wěn)定輸出的雙波長(zhǎng)摻銩光纖激光器。激光波長(zhǎng)為1942.88 nm和1943.32nm，分別處于兩個(gè)相互正交的偏振態(tài)上。50分鐘內(nèi)最大波長(zhǎng)漂移量小于0.05nm，功率波動(dòng)小于0.5dB。通過(guò)調(diào)整激光腔內(nèi)的偏振態(tài)，在該摻銩光纖激光器中觀(guān)察到波長(zhǎng)可切換現(xiàn)象。通過(guò)零差法測(cè)量驗(yàn)證該激光器的每個(gè)輸出波長(zhǎng)均為單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。2.8W泵浦功率下，雙波長(zhǎng)光纖激光器的最大輸出功率170mW，斜率效率為10％

6、。
　　3、提出兩種基于雙芯光纖濾波器的波長(zhǎng)可調(diào)的多波長(zhǎng)布里淵摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)。利用耦合型雙芯光纖濾波器的良好光譜穩(wěn)定性和波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)性，實(shí)現(xiàn)了40nm的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍和11個(gè)波長(zhǎng)的密集多波長(zhǎng)激光輸出，0.088nm波長(zhǎng)間隔與單模光纖中受激布里淵散射頻移量相同。30分鐘內(nèi)一階斯托克斯光波長(zhǎng)最大漂移量為14pm，功率波動(dòng)小于0.56dB;基于雙芯光纖馬赫曾德?tīng)?MZI)濾波器的波長(zhǎng)可調(diào)特性，研制出波長(zhǎng)可調(diào)的自激發(fā)布里淵摻鉺光纖激光器

7、。該光纖激光器的布里淵泵浦激光通過(guò)摻鉺光纖激光器腔內(nèi)自激發(fā)產(chǎn)生，因而避免了外接窄線(xiàn)寬高功率激光光源帶來(lái)的高制作成本問(wèn)題。該光纖激光器的輸出激光波長(zhǎng)間隔為0.088nm，光信噪比高于8dB（測(cè)試結(jié)果主要受限于光譜儀的最小分辨率），同時(shí)激射波長(zhǎng)數(shù)達(dá)到17個(gè)。通過(guò)調(diào)節(jié)雙芯光纖MZI濾波器，實(shí)現(xiàn)了激光輸出光譜8nm的波長(zhǎng)調(diào)諧，波長(zhǎng)調(diào)諧量與雙芯光纖MZI濾波器的彎曲量呈近線(xiàn)性關(guān)系。
　　4、提出兩種基于PD-MSM光纖濾波器的波長(zhǎng)間隔可調(diào)多

8、波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)。結(jié)合PD-MSM光纖濾波器的梳狀濾波和PHB效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了室溫下穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激光輸出，雙波長(zhǎng)激光分別具有穩(wěn)定且不同的偏振態(tài)。50分鐘內(nèi)雙波長(zhǎng)功率抖動(dòng)小于0.7dB，功率差小于1dB，僅通過(guò)調(diào)節(jié)諧振腔中的偏振狀態(tài)可以對(duì)雙波長(zhǎng)的波長(zhǎng)間隔進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，波長(zhǎng)間隔調(diào)節(jié)量可以從0nm到3nm;基于PD-MSM光纖濾波器的偏振依賴(lài)損耗并結(jié)合非線(xiàn)性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了密集波長(zhǎng)間隔的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器，同時(shí)穩(wěn)定輸出波長(zhǎng)數(shù)可達(dá)19個(gè)

9、，40分鐘內(nèi)輸出激光最大波長(zhǎng)整體漂移量小于0.05nm，最大功率波動(dòng)小于0.8dB。經(jīng)討論基于該原理可通過(guò)級(jí)聯(lián)多段保偏光纖實(shí)現(xiàn)多種波長(zhǎng)間隔的可切換輸出。
　　5、提出一種基于非線(xiàn)性雙通MZI光纖濾波器的波長(zhǎng)間隔可切換多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器。非線(xiàn)性雙通MZI光纖濾波器除了多通濾波作用還能有效抑制摻鉺光纖的增益競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)合理調(diào)整激光腔內(nèi)的偏振態(tài)，分別實(shí)現(xiàn)了0.2nm和0.4nm密集波長(zhǎng)間隔可切換的多波長(zhǎng)激光輸出，兩種狀態(tài)下的激光波長(zhǎng)個(gè)數(shù)