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《天津大学》 2017年
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基于偏振控制的可调谐光纤激光器研究

刘彤辉  
【摘要】:可调谐光纤激光器在光纤通信、光纤传感、生物医学等领域有广泛的应用,具有重要的研究价值。本论文针对工作在耗散孤子共振(DSR)区的时域可调谐方波脉冲锁模光纤激光器和基于两种不同机制的频域可调谐多波长光纤激光器进行了研究。前者突破了传统孤子激光器输出能量的限制,可实现数百nJ的高能量输出而不会发生光波分裂,其输出脉冲的包络呈方波形状,宽度随泵浦功率线性变化;后者通过有效抑制模式竞争,使多波长光纤激光器的光谱覆盖范围、平整性和稳定性都有了较大提高。本文的具体工作和取得的成果如下:1.提出并研究了一种基于色散不平衡非线性光纤环形镜(DI-NOLM)和非线性偏振旋转(NPR)混合锁模方波脉冲光纤激光器。首先,对该激光器的优点和原理进行了详细分析,解释了两种锁模机制所起的作用。其次,利用该激光器产生了脉宽从135 ns到2272 ns可调的方波脉冲,方波脉冲所显示的各种特性证明该激光器工作在DSR区;当泵浦功率达到最大值508 mW时,所得方波脉冲的宽度和单脉冲能量分别为2272 ns和236.8 nJ。2.对工作在不同色散区的基于DSR的方波脉冲光纤激光器进行了理论和实验研究。首先,对工作在反常色散区的基于NPR被动锁模掺铒光纤激光器的方波脉冲的演化及腔长、非线性等参数对方波脉冲的影响进行了数值模拟,通过实验得到了宽度为119.5 ns的方波脉冲,与数值模拟结果一致。其次,对工作在正常色散区的基于NPR被动锁模掺镱光纤激光器的方波脉冲产生进行了实验研究,得到了最大宽度为431 ns的方波脉冲。3.提出并研究了基于色散平坦高非线性光纤(DF-HNLF)中级联四波混频(FWM)的σ腔多波长光纤激光器,通过对比不同光纤及腔型结构的多波长输出结果,证明该激光器在改善多波长光谱方面具有优势。实验所得的多波长光谱的谱线间隔为12.5 GHz,3 dB光谱覆盖范围为11.1 nm。相比环形腔结构多波长激光器和以普通高非线性光纤为非线性介质的多波长激光器,基于DF-HNLF的σ腔多波长光纤激光器的3 dB光谱覆盖范围分别是它们的1.79倍和2.85倍。与现有结果相比,实验结果在多波长覆盖范围和光谱平整性上都有了较大提高。4.利用光场在半导体光放大器(SOA)中的偏振旋转效应,提出并研究了一种新型的基于SOA的可调谐多波长L带光纤激光器。首先,通过引入和控制线偏振光的偏振旋转实现强度相关损耗,有效抑制了模式竞争并增加了多波长光谱的平坦度,输出多波长激光的波长间隔为25 GHz,且3 dB带宽覆盖了21.2 nm、101个波长的光谱范围;该激光器具有良好的稳定性,在90分钟内波长漂移小于0.01 nm,功率波动的不确定性小于0.2 dB。其次,研究了该多波长激光器的调谐特性,对激光器在不同结构、偏振态和驱动电流下的实验结果进行了对比,有效证明了所提多波长激光器的优势。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN248

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【参考文献】
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