混合增益型隨機(jī)分布反饋光纖激光器特性研究.pdf

1、2010年，S. K. Turitsyn等學(xué)者提出了隨機(jī)分布反饋光纖激光器（RDF-FL）的概念，即基于單模光纖（SMF）中隨機(jī)分布的瑞利散射（RS）和拉曼放大增益的光纖激光器。得益于其穩(wěn)定連續(xù)的輸出、很高的光子簡(jiǎn)并度和較低的空間相干性，RDF-FL在激光光源，光通信和光傳感等應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其中涉及的激光物理，無序系統(tǒng)理論及非線性光學(xué)等問題也具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。
　　目前，基于SMF的RDF-FL增益由拉曼（Raman）放

2、大提供，其激射閾值較高、需要光纖長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且輸出光譜依賴于 SMF的增益譜，如隨著泵浦功率的增加，激光光譜會(huì)出現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，峰值也會(huì)移動(dòng)。基于有源光纖的RDF-FL閾值很低，但在短距離的有源光纖中瑞利散射效應(yīng)較弱，通常無法得到隨機(jī)激光激射現(xiàn)象。
　　鑒于上述原因，本文通過兩種不同增益類型光纖的組合及一定反饋增強(qiáng)手段，實(shí)現(xiàn)了高效、低閾值的隨機(jī)激光輸出。主要工作和發(fā)現(xiàn)如下：
　　首先，基于非線性薛定諤方程并融入拉曼增益、光纖損耗及

3、瑞利散射的頻譜相關(guān)性，獲得拉曼放大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)傳輸方程；通過 Giles速率方程獲得增益與泵浦的關(guān)系，由此建立EDF增益系統(tǒng)的仿真模型；利用邊界條件，結(jié)合兩類增益系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)傳輸模型，實(shí)現(xiàn)了混合光纖結(jié)構(gòu)的理論仿真。結(jié)果能夠反映RDF-FL的功率分布、閾值及頻譜演變特性，且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。
　　其次，我們實(shí)驗(yàn)分析了EDF的隨機(jī)激光激射情況。在中心波長(zhǎng)1480 nm泵浦單獨(dú)激勵(lì)下，100 m EDF的自發(fā)放大輻射譜（ASE）上出現(xiàn)了少量隨

4、機(jī)模式激射。當(dāng)加入SMF后，不管是非對(duì)稱還是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，單獨(dú)泵浦下的EDF產(chǎn)生的光譜都在1569 nm波長(zhǎng)附近出現(xiàn)了大量無序混亂的隨機(jī)激射模式，且ASE背景噪聲明顯被壓窄。
　　然后，我們分析了非對(duì)稱結(jié)構(gòu)下的RDF-FL輸出特性。EDF在腔內(nèi)時(shí)，可為SMF中產(chǎn)生的背向散射光提供增益，前向傳輸?shù)墓β瘦斎?輸出曲線沒有明顯的閾值現(xiàn)象，且?guī)缀醪浑SEDF的泵浦功率變化；后向傳輸?shù)募す獯嬖诿黠@的閾值，且隨著EDF泵浦功率的增加，曲線整體向高功