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可调谐双波长环形腔掺铒光纤激光技术研究

韩旭  
【摘要】: 近年来,光纤激光器已成为激光科学与工程领域的研究热点之一,它的波导式结构和可容强泵浦特性,使其具有输出功率高、光束质量好、转换效率高、阈值低、线宽窄、输出波长多、兼容性好和结构简单等诸多优点,在光纤通信、光纤传感、军事、工业加工、光信息处理和全色显示等领域有着广阔的应用前景。特别是可调谐双波长光纤激光器在波分复用(WDM)光纤通信和光纤传感应用中扮演着极其重要的角色。可调谐的双波长光纤激光器不仅可以同时为两个信道提供所需光源,使发射端的设计更为紧凑、经济;而且激光器输出的波长还可调谐,适用于光网络中波长动态分配的情况,从而提高了网络的灵活性。所以,对可调谐双波长光纤激光器的研究无疑具有重要的意义。 本论文对可调谐双波长环形腔掺铒光纤激光技术进行了系统、深入的研究,研究内容主要包括以下几部分: 首先,简述了可调谐、多波长光纤激光器的研究现状,分析了光纤激光器的基本原理和工作特性。 其次,在分析光纤激光器系统组成的基础上,设计了可调谐双波长光纤激光器的研究方案,方法就是采用γ型滤波器,其中含有两根光纤Bragg光栅,并用机械方法对其同时进行调谐,使得光纤激光器输出可调谐的双波长。该系统具有调谐方便、调谐速度快等优点,并对该方案进行了可行性分析。 再次,根据设计方案搭建了实验系统。用宽带光源ASE测试了FBG的特性,接着进行了可调谐单波长环形腔掺铒光纤激光器的实验研究。FBG的特性测试结果表明,两FBG在悬梁臂应变的过程中,负载与波长具有良好的线性关系,可用于可调谐光纤激光器实验系统;可调谐单波长光纤激光器的实验结果表明,该系统实现了可调谐的输出波长,并测定了其调谐灵敏度及调谐范围。 在此基础上,进行了本课题,即可调谐双波长环形腔掺铒光纤激光器的实验研究。实验结果表明该光纤激光器输出的双波长可同时调谐,即两波长分别能向长波长方向或短波长方向移动,测定了该系统的阈值功率和功率输出稳定性。对实验结果进行分析,并处理实验数据,拟合出负载-波长、负载差-波长差、阈值功率和功率稳定性的关系曲线,得出该光纤激光器的调谐灵敏度为0.1530nm/kg,调谐范围为0.808nm,阈值功率为6.557mW,输出功率为1.68mW,且比较稳定。 最后,经过对本课题的研究、设计与实验后,实现了可调谐双波长环形腔掺铒光纤激光器输出可同时调谐的双波长,并且输出功率比较稳定。但是,由于实验条件和时间的限制,实验测出的调谐范围并非该系统实际意义上的最大调谐范围,该光纤激光器输出的双波长不够稳定。在今后的学习研究中,一方面,可以在FBG性能允许的范围内增加砝码数量测定出真正的最大调谐范围;另一方面,可以采用平衡增益的方法,使不同信道的光获得相同的输出功率,实现双波长的稳定输出。


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