可调谐单频光纤激光器谐振腔优化设计

摘要

伴随着激光技术及掺杂光纤放大技术的发展，可调谐单频光纤激光器由于可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等特点成为研究热点。可调谐掺铒光纤激光器不仅是高速大容量密集波分复用(DWDM)光纤通信系统的理想信号载体，而且成为光纤光栅传感系统中理想的传感检测光源，基于可调谐光纤激光器的波长检测技术有望成为最具发展潜力的光纤光栅传感检测方法。 本论文的研究方向为采用光纤光栅的可调谐单频光纤激光器谐振腔的优化设计。主要工作和研究成果如下： ⑴ 深入分析了几种典型光栅的原理和性质，并采用Matlab语言编程模拟了这些光栅的反射谱和时延谱。在以上的分析中，着重分析了均匀光栅、啁啾光栅、相移光栅和取样光栅； ⑵总结了掺Er3+线形腔光纤激光器的斜率效率、泵浦阈值和激光输出功率等输出特性的表达式，数值模拟得到了各关键参数与掺Er3+线形腔光纤激光器输出特性之间的关系； ⑶ 阐述了光纤光栅法布里-泊罗标准具的基础理论，并对光纤光栅法布里-泊罗标准具的透射谱特性进行了数值仿真和分析； ⑷ 详细探讨了啁啾光纤光栅构成的F-P谐振腔的特性，研究了光栅本身长度、啁啾系数、折射率微扰深度等关键参数对啁啾光纤光栅构成的F-P谐振腔滤波性能的影响，得到了以下结果： ① 当两光栅长度差距较大时，啁啾光纤光栅F-P腔透射谱在很宽阻带中只有单个透射峰，呈现单频运转特性； ② 随着啁啾系数增大，透射谱带宽增大，透射率降低，滤波性能变坏； ③ 改变腔长不会引起光纤光栅F-P腔阻带的宽度明显变化，选择合适的腔长也可以使啁啾光纤光栅F-P腔激光器输出单纵模。