双波长单频光纤激光器研究

【摘要】光通信技术产品是国家战略性新兴产业重点产品，光纤激光器是一种极具潜力的有源光纤器件。光纤激光器具有结构简单、易于实现、成本低、散热好、与光纤器件的耦合效率高、抗电磁干扰等诸多优点，其在光纤通信、光纤传感、光纤接入、光载无线通信等领域有着广阔的应用前景。光纤激光器通常运转在多纵模状态，室温下掺铒光纤的均匀展宽效应导致不同波长激光之间激烈竞争，使其全光通信、分布式光纤传感、宽带光纤接入、光载无线通信等方面的实际应用受到限制。高性能光纤激光器至关重要，具有单频特征的双波长光纤激光器引起了广泛的关注。本论文的主要内容是研究双波长单频光纤激光器，具体研究工作如下：1.介绍光纤激光器的发展历程、结构分类和研究意义，讨论单频光纤激光器研究的关键问题，详细论述双波长单频光纤激光器研究的关键问题和最新研究进展。2.推导环形腔掺铒光纤激光器输出功率特性的理论模型，对光纤激光器输出功率的影响因素进行数值模拟。研究基于法布里-珀罗扫描干涉仪和光采样示波器的频率特性分析方法，推导光纤激光器的输出光强函数，理论推导表明光采样示波器可用来初步判断激光的单频特性。分析延迟零差法和延迟自外差法测量激光线宽特性的原理，延迟自外差法可以更加准确测量激光线宽。3.分析单频光纤激光器的工作原理，详细论述掺铒光纤饱和吸收体的选频作用。设计一种基于保偏掺铒光纤的单频光纤激光器，仿真分析结果表明单频光纤激光器的设计方案有效。谐振腔中加入保偏掺铒光纤饱和吸收体时，应用延迟自外差法测量激光的线宽，利用光采样示波器和法布里-珀罗扫描干涉仪均判定光纤激光器运转在单频状态。谐振腔中移除保偏掺铒光纤饱和吸收体时，利用光采样示波器和法布里-珀罗扫描干涉仪均判定光纤激光器运转在多纵模状态。实验结果表明光采样示波器可用来初步判断激光的单频特性，保偏掺铒光纤饱和吸收体具有良好的纵模选择特性和跳模抑制作用。4.设计一种基于双折射光纤滤波器的双波长单频光纤激光器，光纤激光器的结构紧凑简单，由偏振控制器、保偏掺铒光纤和光纤偏振器构成了双折射光纤滤波器，实验结果表明光纤激光器实现了峰值功率均衡的双波长单频激光输出。5.设计一种基于级联光纤光栅和双折射光纤滤波器的双波长单频光纤激光器，引入级联光纤光栅实现特定中心波长的双波长激光输出，实验结果表明光纤激光器实现了波长间隔可调的双波长单频激光输出，室温下双波长激光的峰值功率是均衡的。利用光纤激光器输出的单波长激光进行高速调制实验，清晰的接收眼图表明光纤激光器具备动态单频特性，其在未来大容量远距离光纤通信中具有实际的应用价值。6.建立基于双波长单频光纤激光器的光生微波仿真模型，仿真结果表明双波长单频激光经高速光电检测器光学拍频可产生微波信号，双波长间隔越大，拍频信号的频率越高。研究用于光生微波的双波长单频光纤激光器，实验结果表明光纤激光器实现了峰值功率均衡的双波长单频激光输出，光学拍频产生频率为26.49GHz的微波信号，双波长单频光纤激光器在微波信号的光学产生方面具有巨大的应用潜力。
【作者】孙铁刚；
【导师】郭玉彬；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】双波长光纤激光器；单频；保偏掺铒光纤；饱和吸收体；双折射光纤滤波器；

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