反馈注入式DBR Er3+掺杂光纤激光器混沌特性及其传感研究

摘要

光纤激光器这几年来成为了相关领域内研究的热点。光纤激光器作为光纤传感与通信系统中发展较快的光源，具有线宽窄、成本低、易于耦合、灵敏度高等优点。掺铒(Er3+)光纤激光器具有高信噪比、低阈值、高效率等优点。DBR光纤激光器因具有耦合性好、易调节等优点，使得其在传感领域中前景广阔。光纤激光器的混沌特性在混沌保密通信、电子对抗、激光测距、光纤断点检测与光纤传感等领域中有着广泛应用。
　　 本文主要研究反馈注入式DBR Er3+掺杂光纤激光器的混沌特性及其在传感领域的应用。首先以DBR Er3+掺杂光纤激光器为核心，阐述了其基本原理；其次讨论了DBR Er3+掺杂光纤激光器的反馈效应，并对其反馈效应所引起的激光输出混沌特性进行了详细的分析；最后从两个角度探讨了反馈注入式DBR Er3+掺杂光纤激光器在传感领域的应用。
　　 本文介绍了DBR Er3+掺杂光纤激光器的基本原理和结构，建立了DBR Er3+掺杂光纤激光器的理论模型，利用光纤光栅的传输矩阵求解了DBR Er3+掺杂光纤激光器的速率方程，分析了DBR Er3+掺杂光纤激光器的基本结构并测试了其特性。
　　 本文介绍了混沌分析的主要方法，讨论了DBR Er3+掺杂光纤激光器由于其反馈效应所引起的混沌特性。主要用功率谱分析、最大Lyapunov指数与相空间三种方式分析讨论了激光器输出的三种典型形态，并加以实验验证。
　　 本文还研究了反馈注入式DBR Er3+掺杂光纤激光器在传感领域的应用。首先研究了基于反馈效应的传感系统，发现在稳定输出状态下传感时，应主要采取加大信号幅值的方法使传感器易于解调；在混沌输出状态下传感时，传感器更加适合测量频率稍微高些的信号。其次探讨了基于混沌特性的传感系统，其原理主要是利用混沌激光较低的相关性对其进行互相关解调，此传感系统具有成本低、可操作性好等优点，具有广阔的发展前景。