光通信系統(tǒng)中摻鉺光纖激光器的研究.pdf

1、光纖激光器具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：與光纖元件的天然兼容性：可用帶寬較寬：閾值低：與半導(dǎo)體激光器相比，光束質(zhì)量較好，噪聲較低：加之結(jié)構(gòu)緊湊、便攜式、精密化等特點(diǎn)，因而它在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，受到了國(guó)際上科技界、產(chǎn)業(yè)界的廣泛重視，成為研究的熱點(diǎn)。本文從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)摻鉺光纖激光器的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，如連續(xù)光摻鉺光纖激光器，脈沖光摻鉺光纖激光器等。我們主要開展了以下幾方面的研究工作： 根據(jù)多模半經(jīng)典理論

2、，對(duì)注入鎖定光纖環(huán)形腔激光器進(jìn)行了理論分析與模擬。討論了在小信號(hào)注入情況下，均勻加寬注入鎖定光纖環(huán)形激光器的單模運(yùn)轉(zhuǎn)問題：然后逐一分析了注入鎖定光纖環(huán)形腔激光器的鎖定帶寬、輸出光線寬、輸出功率等表征注入鎖定特性的關(guān)鍵物理量并作了相應(yīng)的模擬計(jì)算。隨后，對(duì)摻鉺光纖環(huán)形腔激光器(EDFRL)的注入鎖定技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注入場(chǎng)對(duì)腔模的影響與失諧量、泵浦功率、注入強(qiáng)度等參量有關(guān)，且如果合理選擇環(huán)形腔的各參數(shù)和注入光功率，則注入光對(duì)

3、激光器線寬的展寬可以控制在很小的程度，甚至接近EDFRL的本征線寬，實(shí)現(xiàn)窄線寬輸出。 提出了一種多環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的單縱模摻鉺光纖激光器。首先討論了使激光器運(yùn)行在單縱模狀態(tài)的諧振腔理論。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種激光器通過在主環(huán)形腔中插入充當(dāng)模式濾波器的三個(gè)長(zhǎng)度不等的無源次級(jí)環(huán)形腔，并結(jié)合腔內(nèi)光纖布拉格光柵，實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間的單縱模輸出，短期線寬小于500Hz。 從理論與實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)單縱模摻鉺光纖環(huán)形腔激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧和穩(wěn)定性進(jìn)行了研

4、究：首先，根據(jù)速率方程對(duì)可調(diào)諧摻鉺光纖環(huán)形腔激光器的輸出功率特性進(jìn)行了理論分析。采用數(shù)值計(jì)算方法研究了環(huán)形腔各個(gè)參數(shù)如腔內(nèi)損耗、鉺離子團(tuán)簇、輸出耦合比、增益光纖長(zhǎng)度等對(duì)EDFRL輸出功率特性的影響。結(jié)果表明腔內(nèi)損耗是影響可調(diào)諧EDFRL輸出功率特性的最重要的因子；而鉺離子團(tuán)簇會(huì)導(dǎo)致輸出功率平坦性變壞；同時(shí)增益光纖長(zhǎng)度也存在一最佳值。為光纖環(huán)形腔激光器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。隨后，實(shí)驗(yàn)上提出了一種實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的單縱模EDFRL輸出波長(zhǎng)及功率穩(wěn)

5、定的新方法。即利用注入鎖定技術(shù)向EDFRL腔內(nèi)注入低功率連續(xù)光，使某一縱模在注入光的基礎(chǔ)上起振。此縱模在對(duì)增益介質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)中可以穩(wěn)定地占據(jù)優(yōu)勢(shì)，從而與注入信號(hào)發(fā)生鎖定，實(shí)現(xiàn)激光器輸出的穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)得到激光器在1527.4-1561.9nm范圍內(nèi)波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)，輸出功率>0.6dBm,信噪比(SNR)>43dB；輸出光波長(zhǎng)與功率抖動(dòng)分別<0.01nm和≤0.02dB，且線寬約為1.4kHz。采用鎖模的頻域分析理論和時(shí)域分析理論分析了光纖環(huán)形腔激