论文摘要
随着互联网迅速发展,电子商务、远程教育、信息检索、文化娱乐、电视商品信息等应用对网络传输的带宽及速度的要求也越来越高,光纤网络的发展对商务市场及全球信息系统的影响将不亚于Internet,IP时代将是全光通信网络的时代。但是,第一代WDM网络无论其传输质量、对带宽的利用率、无电中继最大传输距离、网络的延伸扩展性等方面都无法满足日益增长的需求。光网络功能和性能的进步主要取决于所使用的光电子元器件,器件的先进性、可靠性和经济性会直接影响到系统设备乃至整个网络的生命力和市场竞争力。作为光网中不可缺少的重要器件,掺铒光纤放大器（EDFA）的增益谱只能覆盖C波段（1529～1561nm）和L波段（1570～1610nm）。而石英单模光纤在1550nm波段的低损耗窗口拥有几十THz的带宽,目前还远没有充分利用。喇曼光纤放大器,以其低噪声特性和几乎无限制的应用带宽,成为当今光放大器研究的热点,是下一代超大容量超长距离光通信系统的一项关键技术,分布式喇曼光纤放大器（Raman Fiber Amplifier）/掺铒光纤放大器（Er Doped Fiber Amplifier）混合放大器已经成为下一代宽带、高速光网络中光放大器的解决方案。实现分布式喇曼光纤放大的关键技术之一就是泵浦源。本文提出一种新结构喇曼光纤激光器,并就相关理论与实验开展了研究工作。在1342nm固体激光器的抽运光准直系统,晶体热效应,二极管端面抽运的固体激光器腔模匹配建模、仿真优化,光纤喇曼效应的耦合波理论分析与实验研究,光纤光栅谐振腔特性分析及设计,喇曼光纤激光器的耦合理论建模、腔内光渡越功率动态过程仿真,喇曼光纤激光器的阈值、输出耦合、泵浦功率、增益光纤长度的仿真优化,喇曼光纤激光器实验等等方面进行了细致的研究。（1）构造了一种新颖的基于1342nm固体激光器泵浦的14xx nm光纤激光器结构。通过单级喇曼频移实现14xx nm的喇曼激光输出,实现了一种紧凑、高效、稳定的喇曼光放大器泵浦源。（2）从非线性耦合波理论出发,分析并仿真了信号光通量与喇曼散射光通量随着深入介质的长度z之间的演变。对受激喇曼散射的增益阈值条件、小信号增益及饱和增益特性建立模型并进行仿真,得出除光纤种类之外的喇曼增益影响因子为:光纤长度、泵浦功率;设计并进行了常规单模传输光纤、色散位移光纤、高非线性效应光纤的增益特性实验,验证了理论分析中着两个因子对喇曼增益的影响。（3）构建了端面抽运1342nm固体激光器实验系统,在端面抽运Nd3+:YVO4固体激光器结构下,首次提出采用双圆柱面镜进行二极管抽运光的准直,利用光线追踪理论,建立了该准直系统的理论模型;创建了双圆柱面镜准直系统的设计及优化方法;进行了系统结构参数的准直仿真分析和优化。通过该方法设计的准直系统,在实际应用中达到了与传统非球面柱面镜相同的准直效果。（4）研究了端面抽运Nd3+:YVO4固体激光器的热透镜效应;从热传导方程出发,研究了高斯光束抽运时晶体中轴向与径向的温度场分布;采用一种简化模型,建立了Nd3+:YVO4晶体热透镜焦距的模型,仿真结果表明,该模型输出结果与实际测量结果达到同一个数量级,所以对实际设计端面抽运Nd3+:YVO4固体激光器具有重要的参考价值。（5）从激光器的谐振腔理论与光线追踪理论出发,建立了Nd3+:YVO4端面抽运固体激光器的腔模与抽运光斑匹配模型;设计了激光器的腔模参数与抽运光斑参数的控制方法;通过仿真优化,获得了一套实用的激光器结构参数。该参数在Nd3+:YVO4实验系统中得到了很好的验证。（6）从耦合模理论出发,研究了光纤光栅作为波长选择器件的特征波长、反射光谱线宽及反射率;着重研究了光纤光栅作为激光器谐振腔的相关特性,根据光纤激光器条件,在单模光纤上设计了激光器全反射光栅和部分反射光纤光栅参数,并研究了激光器的纵模特性。（7）建立了基于双向Stocks波的单级频移喇曼光纤激光器耦合波方程,对激光器的动态过程进行了仿真研究;通过系统中激光的建立过程仿真,优化并设计了光纤激光器的增益长度、输出耦合反射率及泵浦光功率大小。（8）建立了14xx nm光纤激光器实验系统,实验研究了喇曼光纤激光器的输出特性,针对增益光纤长度、输出光栅透过率进行了实验研究并验证了理论模型仿真结果。