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多波长窄线宽光纤激光器的研究与设计

魏芳芳  
【摘要】:伴随着激光技术的不断发展与成熟,激光器的应用范围不断拓宽,由最初仅作为光源在波分复用(WDM)光纤通信系统使用,逐渐向工业、医学、雷达、传感、航天等领域发展。光纤激光器除了继承了半导体激光器的优点,更具有其独特的优点,如:线宽窄、可输出波长数量多、结构简单、室温工作、成本低等。 本文以多波长窄线宽掺铒光纤激光器为研究对象,通过一系列相关的理论分析和计算,设计合理的多波长掺铒光纤激光器结构,针对其输出特性分别设计合理的光学滤波器,并进行了实验研究和分析。 本文的主要内容包括: 1.阐述了多波长窄线宽掺铒光纤激光器的研究背景及现状,并介绍了多波长掺铒光纤激光器的基本原理。 2.介绍了多波长窄线宽掺铒光纤激光器的滤波技术,研究了应用于光纤激光器的几种经典光学滤波器,分析了其原理,并对其传输特性进行了分析。 3.提出了一种基于高精细度光纤环滤波器的多波长窄线宽掺铒光纤激光器。设计了基于光纤环结构的高精细光滤波器,并分别对其进行了仿真和实验研究;将所设计的滤波器分别应用于双波长掺铒光纤激光器与多波长掺铒光纤激光器,当泵浦功率达到80mW时,最大激光功率7.224dBm和4.496dBm的激光输出。 4.提出了一种基于光纤法布里-珀罗结构的光纤滤波器的双波长窄线宽掺铒光纤激光器。该激光器的谐振腔采用线型腔结构,在传统的单波长光纤激光器的基础上,增加保偏光纤光栅和高精细度的光纤法布里-珀罗滤波器。光纤法布里-珀罗滤波器由两个完全对称的10:90光耦合器和一段起饱和吸收作用的掺铒光纤构成,掺铒光纤产生的损耗和光纤产生的时延共同作用使滤波器具有梳状谱响应和高精细度,从而抑制激光器产生的不需要的模式,保证输出激光具有窄线宽特性。以980nm的激光二极管作为泵源,得到了室温下单峰最大输出功率分别为-2.259dBm和0.568dBm双波长窄线宽连续激光输出。 5.提出了基于并行非线性偏振旋转结构的多波长窄线宽掺铒光纤激光器。利用3dB耦合器将PDI出来的线偏振光分为上下两路,分别由偏振控制器调制,改变偏振态。光在激光腔中每循环一次,光路中就会发生两次非线性偏振旋转,提高了系统的运行效率。实验分别实现了单波长可调谐、双波长的波长间隔可调谐、及多波长可调谐激光输出,调谐范围为4nm,最大输出功率为8.5dBm。波长间隔为0.364nm,经过4个小时观测,功率浮动小于0.5dB。


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