光纤飞秒激光的原理及其在长度测量上的应用

摘要

随着21世纪光纤通讯技术的飞速发展，超短脉冲光源成为了超快光学技术领域中的一个非常活跃的前沿课题，也为实现光纤通信系统超高速，大容量传输提供了可能。因此，对光纤超短脉冲光源进行理论和实验研究具有非常重要的意义。而利用非线性偏振旋转技术来实现光纤激光器的波长可调谐输出、多波长或者被动锁模，可以使激光器具有结构紧凑、光束质量好、耦合效率高、价格低廉等众多优点，因而近年来引起人们的普遍关注。
　　本文分别从时域锁模方程和非线性薛定谔方程组(CNLS)出发，得到了锁模的基本条件，并分析了基于快速可饱和吸收体获得超短脉冲的机理，详细讨论并模拟了腔内各参数对锁模脉冲形成的影响。根据Master方程对被动锁模的光纤激光器的各脉冲参数进行了数值仿真，结果表明，不论腔内的色散是正的或者负的，只要满足一定的稳定性条件，都可以在腔内形成非常稳定的锁模脉冲。根据腔内总色散量的不同将非线性锁模激光器分为几类，分别介绍了各自的机理及特点等。
　　由上述锁模原理研制了基于光纤偏振控制器，非光纤的偏振控制器，可饱和吸收体三种器件的锁模激光器，理论上得到了脉宽为飞秒量级，平均能量达到毫瓦量级的脉冲输出，并观测到了多脉冲输出，高次谐波输出等多种脉冲输出状态。
　　在分析了各种国内外光纤长度测量方法优缺点的基础上，我们提出了一种新的光纤长度的测量方法，由于它是基于被动锁模的原理的，因此称为锁模法。由于锁模激光器的稳定脉冲频率与腔长成反比，可利用此关系测量激光器腔长，进而得到所测光纤长度。实验证明，锁模法实验原理和结构都较简单，测量精度较高（可以达到厘米量级），而测量范围能从米的量级达到千米量级。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 锁模激光器的研究意义

1．2 锁模光纤激光器

1．2．1 主动锁模激光器

1．3．2 被动锁模激光器

1．4 被动锁模激光器研究现状

1．5 本文研究意义及主要研究内容

1．5．1 本论文的目的、意义

1．5．2 本论文的内容安排

第二章 锁模光纤激光器理论分析

2．1 前言

2．2 锁模光纤激光器的锁模机理

2．3 被动锁模激光器的理论研究

2．3．1 非线性偏振旋转锁模的经典动力学模型分析

2．3．2 孤子脉冲锁模光纤激光器

2．3．3 展宽脉冲锁模光纤激光器

2．3．4 自相似抛物脉冲锁模光纤激光器

2．3．5 全正色散锁模光纤激光器

2．4 本章小结

第三章 锁模激光器的实验研究

3．1 前言

3．2 基于光纤式偏振控制器的被动锁模激光器

3．3 基于可饱和吸收体的被动锁模激光器

3．4 基于自由空间偏振控制器的被动锁模激光器

3．5 本章小结

第四章 基于可饱和吸收体的光纤长度测量

4．1 前言

4．2 测量光纤长度的方法研究

4．2．1 光时域反射仪(OTDR)测长度

4．2．2 低同调光反射测量仪(OLCR)测光纤长度

4．2．3 光频域反射仪(OFDR)测光纤长度

4．3 实验原理结构及测量结果

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢