基于相移光纤光栅的掺铒光纤激光器研究

论文摘要

随着激光技术的不断发展,掺铒光纤激光器凭借其增益窗口宽、插入损耗小等优点获得了人们广泛的关注,目前己在光通信、光传感、激光加工、精密干涉测量、全息照相等许多领域获得了重要的应用。本文提出了一种新型的掺铒光纤激光器,采用环形腔结构,利用一个均匀光纤布拉格光栅和一个相移光纤光栅组成滤波器,通过精心设计两个光栅的传输特性参数来实现高性能激光的输出。完成的主要工作如下：(1)对掺铒光纤激光器进行了详细的理论分析,讨论了粒子的三种基本跃迁过程,分析了粒子数反转的条件；介绍了铒离子的能级系统,并在三能级系统的基础上写出了掺铒光纤的增益特性公式,分析了受激吸收截面和受激辐射截面,简要介绍了谱线加宽的概念和机理；基于环形腔的设计结构分析了环形腔的特性和优点,简要介绍了模式选择理论和方法,详细推导了行波速率方程,为仿真模型的建立提供了理论支持。(2)分别利用耦合模理论和传输矩阵理论对均匀光纤光栅和相移光纤光栅的传输特性进行分析,并研究了不同光栅参数对光栅光谱特性的影响；分析了由均匀光纤光栅和相移光纤光栅组合而成的滤波器,得出了其透射谱,并利用切趾光栅改善了滤波器的传输特性。(3)建立了系统的时域模型和频域模型,通过设定不同的参数对系统进行仿真,得出了激光的波长、功率、线宽以及激光器的效率等输出参数,并讨论了不同的掺铒光纤长度、泵浦功率和耦合器输出分光比对激光器输出的影响,提出了优化建议。通过以上工作得出了合理的结论,对于实际研究制作光纤激光器有很好的指导意义。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 2 光纤激光器的研究
• 2.1 光纤激光器简介
• 2.2 光纤激光器工作原理
• 2.2.1 自发辐射、受激吸收和受激辐射
• 2.2.2 粒子数反转
• 2.2.3 铒离子能级系统
• 2.2.4 掺铒光纤增益特性
• 2.2.5 光谱线加宽
• 2.2.6 速率方程
• 2.3 环形腔光纤激光器
• 2.3.1 光学谐振腔概述
• 2.3.2 振荡阈值条件
• 2.3.3 激光模式选择
• 2.3.4 行波速率方程
• 2.4 本章小结
• 3 光纤光栅的研究
• 3.1 光纤光栅概述
• 3.2 光纤光栅理论基础
• 3.2.1 耦合模理论
• 3.2.2 传输矩阵法
• 3.3 相移光纤光栅传输特性
• 3.3.1 相移大小的影响
• 3.3.2 相移位置的影响
• 3.3.3 耦合系数的影响
• 3.4 滤波器传输特性
• 3.5 本章小结
• 4 系统仿真
• 4.1 系统开发
• 4.2 模型建立
• 4.2.1 时域模型研究
• 4.2.2 频域模型研究
• 4.3 系统编程
• 4.4 参数设定
• 4.5 仿真结果分析
• 4.5.1 激光功率谱
• 4.5.2 上能级粒子数
• 4.6 系统优化
• 4.6.1 不同的掺铒光纤长度
• 4.6.2 不同的泵浦功率
• 4.6.3 不同的耦合器输出分光比
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集