高功率单波长及多波长掺磷拉曼光纤激光器的研究

论文摘要

随着全球通信业务快速增长,对新一代的光纤通信系统的容量提出了越来越高的要求。从而,也相应地对现代光通信系统的核心部件——光放大器提出更高的挑战。目前,新一代光放大器——拉曼光纤放大器（RFA）被认为最具潜力和发展前景。其中首要问题是寻找合适的拉曼光放大器泵浦源。光纤激光器作为第三代激光器,与传统激光器相比具有许多优点,在许多方面己体现出具备理想泵浦源的优势。特别是拉曼光纤激光器（RFL）因其同时具有高功率输出及激射波长灵活可调的特性,能弥补目前半导体激光器的不足,而成为光通信系统中的理想泵浦源。本论文基于光纤中受激拉曼散射（SRS）现象的基本原理,围绕拉曼光纤激光器及多波长拉曼光纤激光器（MRFL）展开研究。首先,概述了SRS的基本原理,并对级联拉曼光纤激光器进行了理论分析。给出了拉曼光纤激光器的理论模型,通过对模型的分析给出了基于Newton-Raphson法的数值求解方法。同时为了提高运算速度及保证稳定性,我们采用拉曼光纤激光器动力学方程的近似解析解作为数值算法的初始值。结果表明,采用这种改进的数值算法可以有效提高运算速度和稳定性。其次,分别对Nd:YVO4固体激光器泵浦和掺镱双包层光纤激光器（DCFL）泵浦的RFL进行实验研究。其中用Nd:YVO4固体激光器泵浦的RFL获得了1.15W的1484nm拉曼激光输出,并且其功率波动在一小时内小于6%;采用DCFL泵浦RFL,获得了3.44W的1484nm拉曼激光输出,光-光转换效率为28.1%。实验结果都达到预期效果,并与理论基本一致。最后,在此基础上,我们结合保偏光纤Sagnac环梳状滤波功能及综合利用掺磷光纤中P2O5和SiO2的拉曼频移,第一次成功地应用掺磷光纤的拉曼频移效应实现了O波段波长间隔可调谐的多波长拉曼光纤激光器。在1064nm的泵浦功率为2.5W情况下,分别实现波长间隔为0.8nm和0.43nm的多波长激光稳定输出,实验结果与理论分析一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 光纤激光器的发展现状及应用
• 1.2 光纤激光器的类型
• 1.2.1 稀土类掺杂光纤激光器
• 1.2.2 晶体光纤激光器
• 1.2.3 塑料光纤激光器
• 1.2.4 光子晶体光纤激光器
• 1.2.5 光纤非线性效应激光器
• 1.3 本论文依托课题简介
• 1.3.1 课题的研究背景和意义
• 1.3.2 本文主要工作
• 第二章 拉曼光纤激光器的基本原理
• 2.1 拉曼散射基本原理
• 2.2 光纤中的受激拉曼散射
• 2.2.1 光纤中的拉曼增益谱
• 2.2.2 受激拉曼散射阈值
• 2.3 拉曼光纤激光器及其基本类型和结构
• 2.3.1 线形腔级联拉曼光纤激光器
• 2.3.2 环形拉曼光纤激光器
• 2.3.3 复合腔级联拉曼光纤激光器
• 2.3.4 双端泵浦拉曼光纤激光器
• 2.3.5 多波长拉曼光纤激光器
• 2.4 小结
• 第三章 拉曼光纤激光器理论模型及数值模拟
• 3.1 级联拉曼光纤激光器的理论模型
• 3.2 打靶数值法
• 3.3 初始值修正
• 3.4 二阶掺磷级联拉曼光纤激光器的理论研究
• 3.4.1 二阶掺磷级联拉曼光纤激光器的理论模型
• 3.4.2 解析解
• 3.5 数值方法求解
• 3.6 数值结果和分析
• 3.7 小结
• 第四章 掺磷拉曼光纤激光器实验研究
• 4.1 全固体激光器泵浦掺磷拉曼光纤激光器的实验研究
• 4.1.1 全固体激光器泵浦掺磷拉曼光纤激光器实验结构
• 4固体激光器的特性分析'>4.1.2 泵浦源Nd:YVO₄固体激光器的特性分析
• 4.1.3 固体激光器泵浦拉曼光纤激光器实验结果及分析
• 4.1.4 实验结果与理论结果比较
• 4.2 双包层光纤激光器泵浦掺磷拉曼光纤激光器的实验研究
• 4.2.1 掺镱双包层光纤激光器的特性分析
• 4.2.2 耦合系统
• 4.2.3 二级Stokes光产生过程
• 4.2.4 输入输出转换效率
• 4.2.5 二级Stokes光的光谱
• 4.3 小结
• 第五章 多波长拉曼光纤激光器的研究
• 5.1 多波长拉曼光纤激光器概况及研究意义
• 5.2 多波长拉曼光纤激光器的实验原理及结构
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 实验结构
• 5.3 实验结果及讨论
• 5.3.1 可调谐多波长拉曼激射
• 5.3.2 激射线宽特性
• 5.3.3 多波长拉曼光纤激光器稳定性研究
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间完成论文
• 致谢