基于半导体光放大器的新型脉冲激光器的研究

摘要

随着科学发展和技术进步,脉冲激光器在科学研究和工业生产中起到越来越大的作用,在光纤通信和光纤传感方面等得到了广泛地应用。以半导体光放大器为增益介质的激光器也越来越引起研究者的注意,本文以半导体光放大器为核心,提出了多种新型脉冲激光器结构,并对其实现机理进行了分析。
　　利用半导体光放大器的非线性偏振旋转特性,首次提出了基于半导体光放大器自锁模脉冲激光器结构。对于实现自锁模的关键器件SOA非线性偏振旋转特性进行了分析,介绍了应用Stockes矢量表示光的偏振态和用Muller矩阵分析SOA中光的偏振态变化,并分析了SOA非线性偏振旋转的数值扩展模型。实验中观察到了脉宽是30ns和50ns,重复频率分别是19.34MHz和9.67MHz的自锁模脉冲。对于实验过程中发现的脉冲重复频率分频现象,进行了实验验证和理论分析:半导体光放大器的偏振旋转导致了输出激光功率的变化,产生了高功率和低功率脉冲交替出现的现象,即重复频率二分频现象。
　　研究了暗脉冲激光器的实现原理,分析了群速度色散和自相位调制。通过求解非线性薛定谔方程,简要分析了亮、暗孤子的产生条件,在反常色散区实现“亮孤子”,在正常色散区实现“暗孤子”。利用半导体光放大器的交叉相位调制和交叉增益调制,首次提出了基于反馈腔结构的脉宽可调谐暗脉冲激光器,通过改变反馈回路光纤的长度,在相同的重复频率条件下,获得了脉宽从4ns到22ns的暗脉冲,并分析了光在SOA中的XPM和XGM是产生暗脉冲的原因。
　　利用基于SOA光纤环形镜的开关特性,提出了以SOA光纤环镜为基础的8字腔型激光器,产生重复频率分别是9MHz和33.4MHz,脉冲宽度分别是37ns和10ns的三光电平的阶梯波脉冲,通过改变腔内或者腔外的偏振控制器,可以改变阶梯波‘1’码、‘2’码光电平的功率之比,通过改变SOA在非线性环中的位置,脉冲宽度会有相应地改变。经过实验证明和理论分析,顺时针和逆时针两个方向传输的脉冲在SOA中产生XPM和交叉增益调制XGM,从而打开开关窗口,形成脉宽相同的两个脉冲,从而形成阶梯波脉冲。

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第一章 绪论

1.1光纤通信的发展

1.2高速大容量光传输技术

1.3光纤激光器的进展

1.4 基于SOA的光纤激光器简介

1.5 本论文的主要工作和内容

第二章 半导体光放大器的特性

2.1引言

2.2 SOA中的基本方程

2.3 SOA的噪声特性

2.4 SOA为增益介质的光纤环形腔激光器的特点

2.5 本章小结

第三章 基于SOA的自锁模激光器

3.1引言

3.2斯托克斯矢量表示光的偏振态

3.3SOA中光的偏振态的穆勒矩阵分析

3.4 SOA非线性偏振旋转的进一步讨论

3.5 基于SOA的自锁模激光器实验

3.6 本章小结

第四章 基于反馈腔的脉宽可调谐暗脉冲激光器

4.1 引言

4.2 暗脉冲激光器的概况

4.3 暗脉冲激光器的相关理论

4.4基于反馈腔的脉宽可调谐暗脉冲激光器实验

4.5 本章小结

第五章 基于8字腔结构的阶梯波脉冲激光器

5.1 引言

5.2 几种非线性光薛环镜的模型

5.3基于SOA的阶梯波脉冲激光器实验

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 目前的工作总结

6.2 存在的不足和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

符号对照表

致谢