收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

光纤线性与环形腔对入射脉冲激光的响应研究

陈礼林  
【摘要】:激光谐振腔衰荡技术因对光源幅度涨落不敏感、腔长长、分辨率和灵敏度高等优点在高反射率测量、微弱吸收检测、传感器、原子分子探测等方面有着种重要影响。本文研究了光纤线性和环形腔对入射激光脉冲的响应,讨论了腔结构参数对入射脉冲响应性质的影响。主要研究内容包括: 1.介绍了光纤线性腔和环形腔的基本理论。分析了光纤线性腔中的F-P腔、光纤光栅F-P腔的透射和反射特性。研究了光纤环形腔的输出特性,导出了光纤环形腔的反射和透射特性。介绍了腔衰荡的基本原理,分析了传统的腔衰荡技术与光纤腔衰荡技术的不同点。理论研究了非线性自相位调制对单模光纤F-P腔的影响,当腔的入射功率较小时,非线性效应引入的相位相对于腔固有的相位太小,此时非线性效应对衰荡的影响很小,可以忽略不计。当入射功率较大,腔长较长,非线性参数较大的时候,非线性会使衰荡的建立表现出不稳定,使得输出存在一个类阻尼波特性,但是最终会趋于稳定,在停止光输入的时候,光脉冲不会突然停止输出,存在一个延迟过程,最终会以指数形式衰减。 2.从光纤环形腔的输出特性出发,研究了基于无源光纤环形腔光生微波毫米波的方法,导出了光纤环形腔光生微波毫米波表达式,研究了耦合系数、损耗因子、相位延时因子对光生微波毫米波的影响,分析了环形腔对啁啾高斯脉冲的响应,分析了啁啾大小、正负对输出的影响。研究结果表明,毫米波信号的最大振幅随着前向耦合系数的增大而减小;通过改变增益的大小,可获得功率更强的毫米波信号,但是增益也不能无限大,当光强达到一定值后,环形腔中就会出现一些其它的非线性效应,从而使输出的毫米波脉冲发生畸变;随着相位延迟的增加,信号的相对幅度变小,脉冲的序列却在增加,而且脉冲的间隔也在减小,即毫米波的频率变大。相位的延迟与双折射是成比例的,当环形腔的腔长不变时,相位的延迟因子与折射率是成正比的。通过控制双折射就能控制所产生的毫米波。当折射率差为2.33×10-4,输入光波波长为1550nm时,可以得到30GHz的毫米波信号。在考虑输入脉冲的啁啾和光纤色散的情况下推导了脉冲经过环形腔的输出表达式,啁啾参量越大经过环形腔输出的脉冲越多,脉冲间隔不相等,经探测器所得的毫米波性能不稳定,负的啁啾使脉冲输出大幅度减少,脉冲形状也发生了改变,所得的毫米波强度减少,输入的脉冲宽度越大,输出的不等间隔的脉冲越多,产生的毫米波频率成分越多,当啁啾C=5,输入高斯脉宽为100ps,可得到频率约为13.3GHz,22.2GHz,27.8GHz,33.3GHz的四个频段的微波毫米波信号。适当的选择和控制初始的高斯脉冲啁啾有利形成高质量稳定的毫米波信号。 3.实验研究了掺铒光纤放大器对多波长LD的放大特性,研究结果表明,掺铒光纤放大器对C波段的信号有明显的放大作用,但对不同波长信号的放大作用不同,泵浦功率也会影响放大增益,在泵浦功率为50mw时增益的平坦度为1dB。光纤放大器在泵浦功率为20mw~150mw时的噪声平坦度达到0.5dB。掺铒光纤放大器能在C波段WDM系统中提供噪声稳定、增益平坦的多波长功率放大。数值模拟了光纤F-P腔腔衰荡特性,数值模拟了腔镜反射率、腔长、外界应力对衰荡时间的影响,FBG-FP空衰荡时间随腔镜反射率大致呈指数变化关系,反射率较小时衰荡时间变化不大,但当反射率大于0.9时衰荡时间快速变化,在同一反射率下衰荡时间与腔长成正比例关系;衰荡时间与外界作用在光栅上的应力成反比例关系,作用力越大衰荡时间越小;输出强度在时间上呈对数衰减关系,与腔长无太大关系。实验研究了腔长和FBG温度对衰荡时间的影响,实验表明调制的方波脉冲进过FBG-FP腔后下降沿发生失真,出现衰荡谱。衰荡谱随温度的增加衰荡时间变长,随腔长的增加衰荡时间增加。利用FBG-FP衰荡测得了掺铒光纤中铒离子的掺杂浓度为0.3×1025m-3。为掺杂光纤中掺杂离子浓度测量提供了一种新的方法。


知网文化
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978