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应力诱导单频单偏振光纤激光器的研究

李亚岚  
【摘要】:单频光纤激光器以其良好的相干性、线宽窄、噪声低等突出优势赢得了学者的密切关注,而保持激光良好的偏振态输出在光纤陀螺、光纤传感、非线性变频、相干光束组合等领域有日益重要的应用价值,因此单频单偏振光纤激光器的研究俨然已成为大势所趋,将具备卓越的性价比。 本文重点讨论单模光纤和光纤布拉格光栅受横向应力表现出的偏振效应,并对其应用实现的单频单偏振光纤激光器进行了仿真分析和实验验证,具体研究内容如下: 1、从光纤激光器的基本结构及工作原理出发,详细研究了激光的单频和偏振态特性,包括纵模选择的理论根据,琼斯矩阵分析激光偏振态方法,实现激光器单频和单偏振输出的常见方法,以及对其优缺点和应用范围加以对比讨论。 2、深入研究了构造光纤激光器中的常用器件光纤布拉格光栅FBG,在阐述了光纤光栅的工作原理和分类后,从耦合模理论出发,对理想状态下和扰动状态下FBG对应的耦合模方程进行推理分析,仿真分析其反射谱的光学特性,为光栅的受力分析研究提供理论依据。 3、从单模光纤双折射现象出发,结合弹光效应的理论分析,重点讨论了在平面应力和平面应变两种情况下,单模光纤和FBG在外界横向均匀挤压力作用下的特性表现。仿真分析得出在横向均匀载荷作用下,光纤表现出高双折射特性,而FBG的反射谱随挤压力的增加逐渐裂变成双谐振峰,两个谐振峰波长偏移量与相应偏振方向上折射率变化成正比线性关系,但在平面应力和平面应变两种状态下偏移趋势及量值不一致。 4、提出一种利用施加外界横向均匀作用力诱导出光纤和FBG独特的偏振效应的方法,利用这种特性实现了激光器输出稳定的单偏振双波长激光。 5、采用加入饱和吸收体和应力诱导FBG偏振效应的方法构建了环形腔单频单偏振光纤激光器的系统模型,结合速率方程详细仿真分析了其光谱特性及消光比稳定性;搭建了环形腔激光器的实验装置,进行了初步试验验证,通过光谱仪观测到单偏振双波长激光输出。


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