融入随机分布FBG阵列的掺铒光纤激光器研究

摘要

自光纤随机激光概念被提出以后，诸多研究者对其进行了广泛的研究，各种新型结构光纤随机激光器先后被报道。其中，基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤激光器是一种相干型随机激光，具备激射阈值低、线宽窄、波长可调谐等特点。该类激光器工作时，通常有多个模式激发，且相互竞争，导致输出波长跳变，时域不稳定，有必要研究相应的调控手段，有效地规整或控制其输出特性；同时，该类激光器结构的无序特点，也为研究和控制光子局域化和无序体系发光，提供了重要平台，有不少值得深入探索的课题。 在上述背景下，本文首先利用注入锁定技术，实现了该类激光器的波长锁定输出。研究发现，注入锁定情况下，激光激射阈值减小到17.32mW，比系统自由运转时的阈值功率减小了44%。另外，通过扫描注入锁定种子光源的波长，可以通过共振激励，依次激发系统的本征随机激光模式，并抑制模式竞争，实现特定波长模式的可控激射。最后，分析了波长锁定的阈值曲线，结果表明，随着泵浦功率的增加，越来越多的模式被激发，且各模式的平均功率也将增加，系统需要更高的种子光功率来达到特定随机模式的波长注入锁定激射。以上我们实现了一种可应用于无散斑成像、传感等领域的随机激光光源。这项研究也为控制和利用广泛存在于光子无序结构中的激光激射提供了一种有效和通用的方法。 除波长锁定外，论文还研究了输出模式锁定及对应的激光脉冲机制。针对系统中的多个本征谐振模式，提出了结合“模式剥离”和饱和吸收的模式锁定方法（即利用非线性偏振旋转效应选择模式，并结合饱和吸收效应压窄脉冲），并基于此在“不变腔长”条件下实现了可调重频的脉冲激光输出。实验中获得了锁模阈值为85mW的模式锁定激光脉冲输出；通过调节非线性偏振旋转效应，在不改变光纤长度的情况下，获得了三种重频的激光脉冲输出；同时还实现了重频为10.896MHz的二次谐波锁模脉冲输出。这项工作为控制无序体系激光的模式和时域特性开辟了一条新的途径，为激光编码和超快光谱学等应用提供了一种具有灵活脉冲产生能力的强有力的激光光源。这也不同于传统锁模激光器利用外腔调制方式产生可调重频的方法，其是一种完全新型的调控方式。

目录

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1 RFL的研究意义与背景

1.2 融入随机分布FBG阵列的随机激光器的发展趋势

1.3 超快RFL的发展现状

1.4 本论文的主要工作

1.5 本论文的结构安排

第二章 融入随机分布FBG阵列的光纤随机激光器的工作原理

2.1 传统激光器的工作原理

2.1.1 激光器的发光机制

2.1.2 激光振荡条件

2.2 光纤激光器的基本结构原理

2.3 光纤随机激光器基本原理

2.4 锁模光纤激光器基本原理

2.4.1 基本原理

2.4.2 锁模的基本方法

2.5 本章小结

第三章 融入随机分布FBG阵列的掺铒光纤激光器波长锁定研究

3.1 实验原理

3.1.1 实验装置

3.1.2 随机分布光栅阵列的基本特性分析

3.2 输出特性分析

3.2.1 自由运转时的输出特性分析

3.2.2 注入锁定时的输出特征分析

3.3 本章小结

第四章 融入随机分布FBG阵列的掺饵光纤激光器可控脉冲输出

4.1 实验装置

4.2 实验原理简介

4.3 实验输出特性

4.4 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果