光纤中双峰布里渊增益及其应用研究

论文摘要

光纤中的双峰布里渊增益机制是近年来光纤非线性光学的研究热点之一。本论文结合国家自然科学基金项目“光子晶体光纤中的异常布里渊散射与消闭锁光纤激光陀螺的论证”，对光纤中双峰和多峰布里渊增益（BGS）的实现及其应用进行了实验和理论研究。实验实现了异质光纤环腔双向双波长多模布里渊光纤激光器（BFL），并论证了其陀螺效应。采用两段具有不同布里渊增益特性的光纤构成异质光纤环，实现光纤中的双峰布里渊增益机制。实验实现了异质光纤环腔BFL的双向双波长多模激射，并实验测试了该结构的陀螺效应。在实验测试范围内，没有观察到该结构陀螺的闭锁现象，同时根据环腔转动时拍频信号频率相对于环腔静止时拍频的频移可以明确判断环腔转动方向，提供了一种实现布里渊光纤陀螺（BFOG）的新思路。实验实现了异质光纤环腔双向双波长单模BFL。理论分析了单耦合器结构异质光纤环腔产生强谐振增强效应的条件和利用腔长反馈控制技术实现环腔单纵模锁定的机制，并利用该技术实现了异质光纤环腔BFL的单向单模稳定激射。通过对异质环腔双向单模稳定激射条件的分析，实现了异质光纤环腔BFL的双向单模激射。对影响双向单模激射稳定性的几个关键问题的解决方法进行了实验探索，分析了实验系统改进方向。理论研究了铝/锗（Al/Ge）共掺w型石英光纤中双峰/多峰布里渊增益特性的实现。受光子晶体光纤中异常布里渊增益谱形成机制的启发，通过在石英光纤中掺入氧化铝（Al2O3）和二氧化锗（GeO2），设计新型光纤结构实现双峰布里渊增益特性。提出该类型光纤中的声波模式耦合机制，理论分析了光纤结构和材料参数对耦合特性的影响，指出可利用声波模式耦合实现光纤中特殊布里渊增益谱的设计。理论分析了温度和应力变化对该结构光纤中布里渊增益特性的影响，通过光纤设计实例，表明其在多物理量分布式传感方面的应用潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤中双峰/多峰布里渊增益的机制研究和物理实现
• 1.2.1 掺杂石英光纤中多峰布里渊增益机制的研究现状
• 1.2.2 光子晶体光纤中多峰布里渊增益机制的研究现状
• 1.2.3 光纤中双峰/多峰布里渊增益特性的物理实现
• 1.3 光纤中双峰/多峰布里渊增益的应用研究
• 1.3.1 布里渊光纤陀螺
• 1.3.2 多物理量分布式布里渊光纤传感
• 1.4 论文工作的主要研究内容
• 第2章 基于异质光纤环腔的双向双波长 BFL 多模激射及其陀螺效应论证
• 2.1 引言
• 2.2 异质光纤环腔
• 2.2.1 异质光纤环腔的结构
• 2.2.2 异质光纤环腔双向双波长激射条件
• 2.3 基于异质光纤环腔的双向双波长多模 BFL 的实验实现
• 2.3.1 实验系统
• 2.3.2 双向多模激射实验结果
• 2.4 基于异质光纤环腔的双向双波长 BFL 陀螺效应的实验论证
• 2.4.1 陀螺效应标度因数的测试
• 2.4.2 陀螺效应测试结果的讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 异质光纤环腔 BFL 双向双波长单模激射的实现
• 3.1 引言
• 3.2 采用单耦合器的异质光纤环腔 BFL 实验系统
• 3.2.1 采用单耦合器的异质光纤环腔谐振特性的设计
• 3.2.2 光纤环腔腔长的反馈控制技术
• 3.2.3 实验系统
• 3.2.4 单向单模激射的实验结果
• 3.3 单耦合器异质光纤环腔 BFL 双向双波长单模激射的实验实现
• 3.3.1 异质光纤环腔 BFL 双向双波长单模激射条件
• 3.3.2 实验系统
• 3.3.3 双向双波长单模激射的实验结果
• 3.3.4 双向双波长单模 BFL 的陀螺效应观察
• 3.3.5 提高双向双波长单模激射稳定性的实验尝试
• 3.4 本章小结
• 第4章 AL/GE 共掺 W 型光纤中的声波模式耦合
• 4.1 引言
• 4.2 AL/GE 共掺 W 型光纤的结构
• 4.3 AL/GE 共掺 W 型光纤布里渊特性的理论分析方法
• 4.3.1 光波模式分析
• 4.3.2 声波模式分析
• 4.3.3 布里渊增益谱
• 4.4 AL/GE 共掺 W 型光纤中的声波模式耦合
• 4.4.1 声波模式耦合机理
• 4.4.2 光纤结构和材料参数对声波模式耦合特性的影响
• 4.5 AL/GE 共掺 W 型光纤中的多峰布里渊增益特性及其应用
• 4.5.1 布里渊增益谱对温度的响应
• 4.5.2 布里渊增益谱对拉伸应力的响应
• 4.5.3 布里渊分布式温度和应力传感分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果