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基于光纤耦合的激光自混合干涉效应

周俊萍  
【摘要】: 激光自混合干涉同时也被称为激光反馈效应或注入调制效应,是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后,其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔内,反馈光携带了外部物体的信息,与激光腔内的光相混合后,调制激光器的输出功率以及输出频率。由于输出的光信号与传统的双光束干涉有着相似之处,所以被称之为激光自混合干涉效应。 传统的激光器自混合干涉系统光源多采用激光二极管、垂直表面发射激光器、Nd:YAG激光器、CO_2激光等做传感光源,这些激光器均为法布里-珀罗腔(F-P)结构。迄今为止,对于在光纤网络中广泛使用的分布反馈(DFB)激光器及光纤激光器的自混合效应的研究,国内外还几乎是空白。本文致力于光纤耦合的自混合干涉效应研究,为实现基于光反馈的激光有源传感网络技术提供理论基础和实验技术。 本文首先运用耦合波方程对DFB激光器的自混合干涉理论进行了推导,得到在有外光反馈的条件下,λ/4相移折射率耦合型DFB激光器、增益耦合型DFB激光器以及分布Bragg反射镜激光器的自混合干涉振荡频率及增益变化的相关表达式。从模拟仿真中可以得到,其自混合干涉信号均类似于F-P激光器的自混合干涉信号,即当外部反馈较小的时候,自混合干涉信号为一类正弦波,当外部反馈较大时,自混合干涉信号为一类锯齿波,信号一个条纹的改变对应目标耙半个波长的位移,并得到实验验证。结合光纤传输特性,对DFB激光器的多重外腔反馈以及光纤传输的影响进行了分析,并进行了长距离测反射率的定性实验观测。 另外,分别对线形腔掺铒光纤激光器以及环形腔掺铒光纤激光器的光反馈进行了分析,并分别提出了腔内以及腔外两种基于光反馈的模型。根据光纤激光器的超越方程推导得出分别在激光器腔内光反馈和腔外光反馈的条件下系统输出变化,在数值模拟中将两者进行了比较。实验观测对两种模型进行了信号比较,同时改变实验条件,对不同参数的影响进行了讨论。


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