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多波长及锁模光纤激光器的理论与实验研究

冯新焕  
【摘要】: 密集波分复用(DWDM)和光时分复用(OTDM)是实现光纤通信系统升级扩容的有效途径,而多波长信号及高重复频率的超短光脉冲的产生则是与其相对应的两种关键技术。多波长掺铒光纤激光器(MW-EDFLs)可以同时为多个波长信道提供所需光源,被认为是未来长距离大容量的光纤通信系统的理想光源。此外多波长光纤激光器还广泛应用于光传感、光谱分析、光信息处理等领域。所以,多波长光纤激光器的研制无疑具有重要的意义。而在未来的全光通信网及超高速大容量光纤通信系统所可能采用的光源中,主动锁模光纤激光器是极具开发潜力的超短光脉冲源。本论文从理论和实验两方面对多波长光纤激光器、主动锁模光纤激光器及相关技术进行了较为深入细致的研究,并取得了若干创新性成果。主要内容包括: 1.对多模光纤布拉格光栅的特性进行了理论及实验研究,并首次将多模光纤光栅应用于光纤激光器进行波长选择,得到了室温下稳定工作的可开关双波长的掺镱及掺铒光纤激光器。仅仅通过调整腔内偏振控制器的状态,就可使激光器工作在任意一个单波长或双波长同时输出的模式。 2.对轴向及侧向应力共同作用下的光纤布拉格光栅的透射及反射光谱特性进行了理论及实验研究,并首次把轴向及侧向应力共同作用下的光纤光栅应用于光纤激光器进行波长选择,得到了室温下稳定工作的波长及波长间隔可调的可开关双波长的掺铒光纤激光器。 3.对侧向应力作用下的保偏光纤光栅的特性进行了理论及实验研究;并将侧向应力作用下的保偏光纤光栅应用于光纤激光器进行波长选择,得到了室温下稳定工作的波长间隔可调的可开关双波长的掺铒光纤激光器;提出了一种室温下可稳定工作的可开关四波长掺铒光纤激光器结构,将保偏光纤光栅特性及交叠腔结构相结合,得到了稳定的多波长激光输出;利用拉伸光纤及多次曝光的方法,在保偏光纤中成功写制了莫尔光栅,并将其应用于光纤激光器进行波长选择,在液氮冷却的条件下,得到了四波长及六波长的激光输出。 4.在2,3工作的基础上,在连续光输出的激光器谐振腔内加入调制器进行主动锁模,分别得到了基于侧向应力作用下的光纤光栅、单个保偏光纤光栅、两个保偏光纤光栅进行选频的多波长的锁模光纤激光器。 5.通过对泵浦光源半导体激光器的驱动电流进行正弦调制,分别得到了同步泵浦锁模的掺镱及掺铒光纤激光器,在相应于谐波锁模、有理数谐波锁模条件下得到了稳定的脉冲输出。将偏振损耗选择波长和高双折射光纤环镜作梳状滤波器相结合,得到了波长间隔0.8nm,波长可转换的主动锁模掺铒光纤激光器,调谐


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