基于非线性效应的多波长掺铒光纤环形激光器

摘要

随着波分复用(WDM)系统容量的增加，用于波长路由光网络中的多波长器件引起研究人员的广泛关注。多波长掺铒光纤环形激光器以其结构简单、价格便宜，插入损耗低等特点，在密集波分复用(DWDM)系统、光纤传感、光学检测与测量、微波光电子学系统以及高分辨率的光谱分析仪(OSA)等方面都有很好的用途。本文将利用MatLab软件对基于高非线性光纤(HNLF)中非线性效应的多波长环腔激光器的激射过程进行理论模拟分析，同时进行了相应的实验研究。本论文主要进行了以下几个方面的工作：
　　 (1)针对掺铒光纤这种均匀加宽的增益介质，本文结合国内外抑制掺铒光纤的均匀加宽特性方面的研究，提出了在环腔中插入一段HNLF方法，利用环腔中行波场在高非线性光纤中产生的四波混频效应，自相位调制和交叉相位调制效应抑制掺铒光纤中的均匀加宽特性，从而实现稳定的多波长输出。
　　 (2)从光与物质的相互作用出发，介绍掺铒光纤放大器理论基础，并讨论了激光器的泵浦源选择；介绍掺铒光纤的均匀加宽特性以及基于这种均匀加宽增益介质的激光器中模式竞争机理；从掺铒光纤激光器的速率方程和功率传输方程理论出发，建立多波长掺铒光纤环形激光器的数值模型。
　　 (3)结合本论文提出的实验方案，给出了实现多波长掺铒光纤环形激光器的关键技术：梳状滤波选频和抑制均匀加宽的非线性效应的理论分析。
　　 (4)对多波长环腔激光器系统进行模块化分析，并利用MatLab模拟了在环腔中加入HNLF前后的双波长激射情况，并对模拟结果进行分析，结果表明HNLF的加入产生的非线性效应对均匀加宽引起的模式竞争有很好的抑制作用。
　　 (5)结合实验室现有条件进行了相应的实验研究，实验中以3dB的功率波动为稳定性的判断标准，最多能实现三波长的稳定激射。