波长可开关多波长光纤激光器的研究

摘要

随着人类社会信息量的飞速增长,光纤通信系统的通信容量进一步提高,现代光纤通信系统正朝着信道数越来越多的波分复用(WDM)通信系统和密集波分复用(DWDM)通信系统方向发展,光通信领域基于固定波长激光器的传统光源已不能满足通信系统的要求。因此,多波长光纤激光器和波长可调谐光纤激光器应运而生,它们简化了设备的复杂性,降低了设备成本,是光纤激光器发展的一大进步。波长可开关光纤激光器也正是在多波长可调谐光纤激光器的基础上发展起来的,它可以选择多波长中的一个或多个波长输出,支持光网络中多个波长的动态分配,可以进一步简化设备复杂性,提高网络灵活性。
　　多波长可开关光纤激光器具有全纤结构、耦合损耗小、体积小便于集成等众多优点,是未来WDM和DWDM的关键技术,它的性能直接决定了光通信系统的质量;同时,多波长可开关多波长光纤激光器在光谱测量、光纤传感等领域也有着广泛的应用,其重要性日益突出,迫切需要对它的进一步研究,提高其性能成为必然趋势。
　　本论文首先对光纤激光器及个各光学器件的原理进行分析和实验研究,再结合各种光学器件的功能和特点,设计出了具有波长开关功能的多波长光纤激光器实验装置,通过实验研究实现了输出结果较为理想的波长可开关多波长光纤激光器。在实验过程中还验证了如下有意义的结论:
　　1.掺铒光纤放大器是利用掺饵光纤的受激辐射机制实现光信号直接放大。用980nm泵浦对掺铒光纤进行泵浦后,得到了1550nm波段激光输出。通过调节980nm泵浦功率发现,随着980nm泵浦功率的增大,输出的激光功率也随之增大。不同的泵浦功率,不同的掺铒浓度以及不同的掺铒光纤长度可以得到不同的放大增益。
　　2.Sagnac环形滤波器中多波长光梳的个数与Sagnac环中高折射保偏光纤的长度有关。保偏光纤长度越长得到多波长光梳个数就越多。
　　3.光纤Bragg光栅是一种具有滤波功能的全光纤器件。各种传播的波长通过光栅几乎都没有插入损耗,只有那些满足Bragg条件的光会被叠加并被强烈地反射,因而光纤光栅具有选频特性。
　　4.通过在掺铒光纤激光器中加入含两个偏振控制器的Sagnac环形滤波器和光纤光栅作为选频器件,通过调节偏振控制器的角度,可以调谐Sagnac环形滤波器的光梳特性,实现锁模功能,从而实现多个波长的任意组合输出。

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第一章：导 论

1.1光通信简介

1.2光纤激光器的起源与发展

1.3多波长光纤激光器的研究意义

1.4论文内容安排

第二章：光纤激光器

2.1光纤激光器原理

2.1.1光的自发辐射和受激辐射

2.1.2激光产生的条件

2.2光纤激光器的结构

2.2.1泵浦源

2.2.2谐振腔结构

2.2.3增益介质

2.3光学无源器件简介

2.3.1耦合器（Coupler）

2.3.2隔离器（Isolator）

2.3.3环形器（Circulator）

2.3.4偏振控制器（PC）

第三章：波长可开关光纤激光器实现的技术基础

3.1波分复用（WDM）技术

3.2掺铒光纤激光器

3.2.1掺铒光纤的特性

3.2.2掺铒光纤放大器的光谱特性

3.2.3掺铒光纤激光器的基本结构

3.3光纤光栅

3.3.1光纤光栅的结构特点

3.3.2光纤光栅的基本特性

3.3.3光纤光栅的选频原理

3.3.4光纤光栅反射特性的实验研究

3.3.5光纤光栅的制作方法

3.4 sagnac环形滤波器的实验研究

3.4.1 sagnac环形滤波器的结构及原理

3.4.2含保偏光纤的Sagnac环形滤波器实验

第四章：波长可开关光纤激光器

4.1波长可开关光纤激光器的研究价值

4.2光纤熔接

4.3波长可开关光纤激光器的实验研究

第五章：总结

参考文献

致谢

在读期间公开发表论文（著）及科研情况