掺镱光子晶体光纤激光器及放大器研究

摘要

光子晶体光纤（PCF）以其独特的波导结构和优良的光学特性，引领了高性能光纤有源器件的新方向，开展PCF及其激光器和放大器的研究具有重要的学术价值和的应用前景。基于实验室条件，本文在可调谐掺镱光子晶体光纤激光器（PCFL），高功率、宽调谐范围、窄线宽掺镱PCFL，掺镱光子晶体光纤放大器方面进行了深入系统的研究，主要内容包括：
　　 1.后向输出结构外腔可调谐掺镱光子晶体光纤激光器的研究
　　 采用掺镱大膜面积PCF构建了三种外腔结构（Littrow，Littman，Littrow-Littman）的后向输出可调谐PCFL。比较了不同腔结构下后向输出与前向输出结构PCFL在调谐范围、输出功率、输出激光线宽等方面的差异，并对引起变化的原因进行了深入探讨。由于较高的输出耦合比，后向输出Littrow结构PCFL泵浦功率为6.23w时，在1080nm处得到最大输出功率2.179W，斜率效率51.9％；与前向结构相比，后向输出结构使调谐范围向短波方向有效扩展。
　　 2.高功率、宽调谐范围、窄线宽掺镱光子晶体光纤激光器的研究在后向输出可调谐掺镱PCFL的基础上，优化了泵浦光耦合系统，泵浦功率12.09W时，在调谐波长1080nm处得到最大输出功率5.51w，对应的斜率效率为57.3％；同时，对光纤斜角端进行更大角度～10°的切割，使调谐范围有了很大突破，对应的最大调谐范围1035nm～1109.6nm共74.4nm，整个调谐范围内边模抑制比大于30dB。
　　 针对掺镱光纤中的再吸收效应和增益损耗特性，适当改变增益光纤长度和输出结构，分别实现了调谐波长向短波和长波方向的扩展。选用120cm长掺镱PCF构建可调谐PCFL，最大调谐范围1016.8nm～1087.4nm，向短波方向扩展了18.2nm；在后向输出结构的输出端加全反镜实现前向输出可调谐PCFL，最大调谐范围1036nm～1125nm，向长波方向扩展了15nm。
　　 对Littrow-Littman结构可调谐PCFL输出激光3dB线宽变化规律进行了深入系统研究。随着光栅入射角度的增加，输出激光线宽逐渐被压窄，在光栅入射角度～87。时，输出激光线宽被压窄到0.0269nm，并且随时间稳定性良好。
　　 3.掺镱光子晶体光纤放大器的研究
　　 首先，自行研制全光纤结构小功率种子源，种子源输出波长1040.396nm，最大输出功率88.1mW，斜率效率81.19％。然后，采用透镜组耦合系统，将种子源由数值孔径0.22，直径10um的单模光纤纤芯，耦合进数值孔径为0.05，直径23um的PCF纤芯，耦合效率达到29.6％。泵浦功率为8.21.5W时，得到1.021W的放大信号输出，对应的增益为9.113dB。由于泵浦源功率较低，放大器没有出现增益饱和现象，继续增加泵浦光功率将得到更高功率的放大信号输出。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 光子晶体光纤简介

1.1.1 光子晶体光纤概念及其分类

1.1.2 光子晶体光纤的特性与应用

1.1.3 光子晶体光纤研究进展

第二节 光纤激光器和光纤放大器的研究进展

1.2.1 光纤激光器的研究进展

1.2.2 光纤放大器的研究进展

1.2.3 光子晶体光纤及其激光器和放大器的国内研究进展

第三节 论文的主要研究工作

第二章 后向输出外腔可调谐掺镱光子晶体光纤激光器的研究

第一节 实验装置及仪器选择

2.1.1 实验装置

2.1.2 半导体激光泵浦源的选择

2.1.3 透镜耦合系统

2.1.4 二色镜

2.1.5 增益光纤

2.1.6 闪耀光栅

2.1.7 测量仪器

第二节 后向输出可调谐光子晶体光纤激光器实验结果及分析

2.2.1 输出功率特性及其随波长的稳定性

2.2.2 调谐范围及输出光谱特性

第三节 小结

第三章 高功率、宽调谐范围、窄线宽掺镱光子晶体光纤激光器的研究

第一节 高功率掺镱光子晶体光纤激光器

3.1.1 输出光谱特性

3.1.2 输出功率特性

第二节 宽调谐范围掺镱光子晶体光纤激光器

3.2.1 长波长可调谐掺镱PCFL

3.2.2 短波长可调谐掺镱PCFL

第三节 窄线宽掺镱光子晶体光纤激光器

3.3.1 掺镱光子晶体光纤激光器输出特性随光栅入射角度的变化

3.3.2 窄线宽掺镱PCFL输出特性研究

第四节 小结

第四章 掺镱光子晶体光纤放大器的研究

第一节 全光纤种子源（小功率掺镱光纤激光器）的研制

4.1.1 实验装置

4.1.2 种子源输出功率特性

4.1.3 种子源输出光谱特性

第二节 掺镱光子晶体光纤放大器

4.2.1 掺镱光子晶体光纤放大器实验结构

4.2.2 泵浦源的选择

4.2.3 种子源的耦合

4.2.4 掺镱光子晶体光纤放大器实验结果与讨论

第三节 小结

总 结

参考文献

致 谢

个人简介攻读硕士期间发表的论文