线性腔结构多波长掺铒光纤激光器的理论和实验研究

论文摘要

多波长掺铒光纤激光器在波分复用通信系统,光信号检测,光纤传感技术等方面都具有广泛的应用价值。近十几年来,对多波长掺铒光纤激光器的研究取得了较大的进展,研究重点主要集中在如何抑制掺铒光纤室温下均匀展宽产生的模式竞争。本文提出一种新型的线性腔结构多波长掺铒光纤激光器,利用非线性光纤环镜中的非线性偏振旋转效应产生强度相关损耗特性,实现了室温下可调谐的、稳定的多波长输出。本文首先分析了多波长掺铒光纤激光器的工作原理,在此基础上对铒离子的能级结构和物理效应进行了分析,给出了非线性光纤环镜的理论模型。利用琼斯矩阵的方法推导了该类环镜的透射率函数,具体分析了不同输入偏振态对非线性环镜的透射率函数的影响,给出了输出光场偏振态与泵浦功率无关的条件。其次,在理论分析的基础上提出了基于非线性偏振旋转效应的线性腔结构的多波长掺铒光纤激光器的方案设计,并对该方案进行了实验验证,利用偏振控制器、偏振相关隔离器以及保偏光纤组合成在线型周期性滤波器,利用非线性光纤环镜抑制掺铒光纤室温下的模式竞争,从而实现输出间隔可调谐的稳定的多波长输出。对泵浦功率、系统中单模光纤长度等因素对多波长输出的影响进行了细致的研究,通过对泵浦功率的调节实现了稳定可调谐的多波长输出。最后,根据理论研究,本文在线性腔结构多波长掺铒光纤激光器的基础上,提出了一种新型的超密集多波长掺铒光纤激光器的线性腔实验装置结构,利用非线性偏振旋转效应产生强度相关损耗和波长相关损耗抑制室温下掺铒光纤的模式竞争,实现了超密集多波长的稳定输出。对单模光纤长度、泵浦功率等因素对超密集多波长输出的影响进行了较为系统的实验研究,得到1 nm带宽范围内30余条超密集多波长的稳定输出。理论和实验结果表明,所设计的多波长掺铒光纤激光器方案正确,实验装置可行,能够有效抑制室温下EDF均匀展宽引起的模式竞争,实现稳定可调的多波长输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 多波长掺铒光纤激光器的研究进展
• 1.2.1 偏振烧孔效应实现多波长的输出机制
• 1.2.2 频移反馈法实现室温下多波长的输出机制
• 1.2.3 基于各种非线性效应实现室温下多波长的输出机制
• 1.3 多波长掺铒光纤激光器的发展趋势及主要问题
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 线性腔结构MWEDFL的理论模型
• 2.1 引言
• 3+ 的物理效应及能级结构'>2.2 非晶硅环镜中Er³⁺的物理效应及能级结构
• 3+ 的能级结构和物理效应'>2.2.1 Er³⁺的能级结构和物理效应
• 3+ 能级结构模型'>2.2.2 Er³⁺能级结构模型
• 3+ 能级结构模型的简化'>2.2.3 Er³⁺能级结构模型的简化
• 2.3 非线性光纤环形镜的理论模型推导
• 2.3.1 理论模型
• 2.3.2 不同输入偏振态对NOLM透射率的影响
• 2.3.3 输出偏振态与入射光场功率无关的条件
• 2.4 本章小结
• 第3章 线性腔结构MWEDFL实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置及原理
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验原理
• 3.2.3 实验结果和分析
• 3.3 NOLM中单模光纤的长度对MWEDFL输出特性的影响
• 3.4 泵浦功率对MWEDFL系统输出特性的影响
• 3.5 输出多波长的数目的可调谐性研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 超密集波长间隔MWEDFL的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置及实验原理
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验原理
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢