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基于光纤光栅的光纤激光器、滤波器和倾斜光纤光栅的研究

2020-12-07阅读(413)

基于光纤光栅的光纤激光器、滤波器和倾斜光纤光栅的研究

论文摘要

光纤光栅是光纤技术中一种非常重要的基本器件,在光纤通信、传感等相关领域具有广阔的应用前景。本论文结合国家自然基金及国家863计划项目,针对基于光纤光栅的几种相关器件进行了深入的理论和实验研究,主要对光纤激光器及滤波器进行了结构设计与优化,并对倾斜光纤光栅进行了详细分析,获得的主要创新成果如下:1.提出了一种基于光纤光栅的双腔Fabry-Perot全光纤结构,给出了能够在光栅中心波长处实现单模运转的腔结构设计原则,并讨论了制作过程中腔长及光栅折射率调制量为非理想精度或存在误差时对结构性能产生的影响,为单频短线腔光纤激光器或环腔激光器中窄带选频器件的设计提供理论依据。2.提出并实验制作了一种将三个光纤光栅直接写入一段光敏掺铒光纤中构成的线腔光纤激光器结构,这种一体化结构在谐振腔内不存在焊接点,实验测量其实现了线宽小于5kHz的单纵模激光输出。3.提出并实际制作了一种可开关双波长掺铒光纤激光器结构,谐振腔由保偏光纤Sagnac环镜与两不同波长光纤光栅构成,实验中通过调节偏振控制器已实现任意单波长或同时双波长激光出射。4.提出了一种基于多个均匀光纤光栅的全光纤型多腔结构滤波器,旨在改善单腔结构滤波效果,对其透射特性进行了详细理论分析与数值计算,得出结论:为了提高谐振峰过渡带滚降特性,需要增加结构中光纤光栅的反射率,应用于不同情况时,可以通过调节腔长来得到所需的透射谐振峰带宽。对比四腔结构与两腔及单腔结构谐振透射峰,进一步说明了多腔结构对滤波性能的改善。5.基于利用耦合模理论分析倾斜光纤光栅的方法,建立了反射型均匀周期倾斜光纤光栅简化计算模型,推导出了包括波长依赖反射率、最大反射率、峰值反射波长、传输损耗系数在内的谱参数一般表达式。其中传输损耗系数表达式在其他文献中并未有所报道。在理论分析的基础上,分别数值计算了反射谱与传输损耗谱,研究了倾斜角度、光栅长度、折射率调制幅度、入射光偏振态对光栅谱特性的影响,并给出了定性的解释。6.基于耦合模式理论及Mueller矩阵法,首次定量地分析倾斜光纤光栅的偏振特性,推导出明确的倾斜光纤光栅波长相关偏振依赖损耗表达式,通过模拟计算相应的偏振依赖损耗,比较了不同倾斜角度光纤光栅的偏振能力。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 光纤光栅的发展与研究应用现状
  • 1.3 光纤激光器的研究背景与光纤光栅在其中的应用
  • 1.4 光滤波器的分类与发展趋势
  • 1.5 倾斜光纤光栅的发展与研究现状
  • 1.6 本论文的主要研究内容和成果
  • 参考文献
  • 第二章 光纤光栅理论与制作以及光纤光敏性实验研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 光纤光栅的耦合模理论
  • 2.3 光纤光栅的实验室制作
  • 2.4 掺锗光纤及铒锗共掺光纤光敏性实验研究
  • 2.4.1 光纤光敏性概述
  • 2.4.2 扫描法写入光纤光栅折射率增长实验研究
  • 2.4.3 定点曝光法在铒锗共掺光敏光纤上写入光栅实验研究
  • 2.4.4 铒锗共掺光敏光纤早期折射率增长的实验研究
  • 2.5 小结
  • 参考文献
  • 第三章 用于单频光纤激光器的光纤光栅双腔结构谱特性研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 基于光纤光栅的双腔FP结构理论分析
  • 3.3 对称及非对称双腔结构模拟计算与分析
  • 3.3.1 对称双腔结构传输谱特点及其设计
  • 3.3.2 非对称双腔结构传输谱特点及其设计
  • 3.4 制作容差模拟分析
  • 3.4.1 对称双腔结构制作容差分析
  • 3.4.2 非对称双腔结构制作容差分析
  • 3.5 小结
  • 参考文献
  • 第四章 基于光纤光栅的光纤激光器
  • 4.1 引言
  • 4.2 基于光纤光栅的非对称双腔单频掺铒光纤激光器
  • 4.2.1 激光器结构与实验室实现
  • 4.2.2 测量结果与讨论
  • 4.3 可开关双波长掺铒光纤激光器
  • 4.3.1 激光器基本结构及其组成单元
  • 4.3.2 实验结果与讨论
  • 4.4 基于光纤激光器的光纤光栅应力传感器
  • 4.4.1 传感器结构与组成元件
  • 4.4.2 实验结果与讨论
  • 4.5 小结
  • 参考文献
  • 第五章 基于多个FBG或微环阵列的光滤波器设计与性能分析
  • 5.1 引言
  • 5.2 基于FBG的多腔FP滤波器透射特性理论分析
  • 5.2.1 多腔FP滤波器理论模型
  • 5.2.2 多腔FP滤波器数值模拟与讨论
  • 5.3 基于微型谐振环阵列与MZI的反射型滤波器性能分析
  • 5.3.1 通用结构与传输函数推导
  • 5.3.2 单环及三环结构模拟结果与分析
  • 5.4 小结
  • 参考文献
  • 第六章 反射型均匀周期倾斜光纤光栅特性研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 TFBG理论模型建立
  • 6.2.1 Bragg散射理论分析
  • 6.2.2 辐射模式耦合理论分析
  • 6.3 TFBG模拟计算与分析讨论
  • 6.3.1 Bragg反射谱特性分析
  • 6.3.2 辐射模损耗谱特性分析
  • 6.4 倾斜光纤Bragg光栅偏振特性分析
  • 6.4.1 TFBG传输特性的Mueller矩阵描述及PDL的推导
  • 6.4.2 不同倾斜角度下的TFBG偏振特性分析
  • 6.5 小结
  • 参考文献
  • 第七章 结束语
  • 7.1 本论文的主要研究成果
  • 7.2 下一步拟进行的研究工作
  • 攻读博士期间发表的学术论文
  • 学位论文数据集

    • 相关论文文献

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