基于受激瑞利散射的窄线宽光纤激光器实验研究

摘要

由于具有极好的相干性（相干长度可达到数百公里），窄线宽光纤激光器在超远距离、超高精度、超高敏感度新型传感系统、高精密光谱及光纤通信中有广泛的应用。近年来，研究人员逐步意识到通过常规的方法，如短腔法、饱和吸收体法，很难将单纵模光纤激光器的线宽压缩到1kHz以下。要突破这个瓶颈，使窄线宽光纤激光器具有更小的线宽，就必须尝试使用新的线宽压缩机制。结合光纤中受激布里渊的抑制技术，本文基于光纤中受激瑞利散射现象对掺铒光纤环形激光器的线宽压缩机制、测量方法等相关问题，展开了相应的理论与实验研究。
　　论文的主要工作如下：
　　1．概述了瑞利散射和布里渊散射的相关理论。分别从传统与量子光学两个角度分析了瑞利散射，给出了分别由吸收和电致伸缩效应导致的增益；分析并求解出其能量本征值。讨论了由声学声子引起的受激布里渊散射。根据光纤波导结构分析并讨论了增加光纤受激布里渊阈值的方法。
　　2．在介绍了四种典型的测量激光器线宽的方法后，重点分析了延迟自外差法和损耗自补偿再循环延迟自外差法。对延迟自外差法进行了仿真及误差分析。仿真结果表明：当延迟光纤的时延 d小于激光的相干时间 c时，由延迟自外差法所测得的功率谱存在频线展宽，边带纹波等现像。此时，测量线宽大于激光器的实际线宽，并且洛伦兹拟合的误差比较大。随着延迟光纤长度的增加，由延迟自外差法所得的功率谱向洛伦兹线型收敛；测量所得的线宽值收敛于激光器的实际线宽值。理论上当时，使用延迟自外差法可以较为准确地测量激光器的线d5c宽。对损耗自补偿再循环延迟自外差法而言，只有当时，其功率谱才不存在调制而可直接用于激光线宽测量。
　　3．进行了1550nm环形腔光纤激光器实验研究。使用拉锥机制作了长为110m的高受激布里渊阈值光纤。以波长为1550nm的布拉格光纤光栅作为波长选择器件，使用110m的微拉锥光纤、可变光衰减器及法拉第反射镜来提供瑞利散射信号，从而实现激光器的选模和激光线宽的进一步压缩。激光器的最大光输出功率超过1mW，边模抑制比最大可达50dB。由于高腔损，激光器的泵浦效率小于1％。采用50km的单模延迟光纤进行了延迟自外差法线宽测量，得到光纤激光器的3dB线宽为800Hz。其次，通过调节可变光衰减器的值，增加环中瑞利信号的比重，可进一步压缩激光器线宽。分别采用50km和60km的单模延迟光纤进行延迟自零差法测量激光的3dB线宽最小可达200Hz.。最后，通过多次测量及分析延迟自零差法的偏振来确保测量结果的可靠性。

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中文摘要

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目录

1 绪 论

1.1光纤激光器的研究背景

1.2 窄线宽光纤激光器的分类

1.3研究现状

1.4 课题的研究内容及意义

2 理论基础及分析

2.1引言

2.2 瑞利散射的理论基础

2.3 布里渊散射的理论基础

2.4 小结

3 激光线宽测量理论基础及分析

3.1引言

3.2激光线宽测量的理论原理

3.3仿真及误差分析

3.4幅度噪声分析

3.5本章小结

4 窄线宽光纤激光器

4.1引言

4.2高受激布里渊阈值光纤的制作方法

4.3窄线宽光纤激光器的实验原理

4.4窄线宽光纤激光器的实验过程及结果

4.5优化分析

4.6本章小结

5 总 结

5.1全文总结

5.2论文的创新点

5.3论文的不足

致谢

参考文献

附录