基于光纤环形腔的掺铒光纤激光器的研究

摘要

有源光纤环形腔，由于在腔中含有增益介质，所以其工作特性具有多态性。在阈值以下即环形腔本身不产生激光时，可作为扫描式光谱分析仪、滤波器和延时线等等；在阈值以上时，则能成为环形腔激光器和环形腔光纤陀螺等。根据不同的需要，可在腔中放入相应的增益介质，其中由掺铒光纤+泵浦组成的有源光纤环形腔掺铒光纤环形腔最受人们的重视。 本文将在掺铒光纤环形腔的基础上展开对掺铒光纤激光器的理论和试验研究，所作的具体工作如下： (1)采用二能级结构模型对掺铒光纤激光器进行设计。对其增益、输出功率特性进行了理论分析，推导出了计算增益、最佳光纤长度、光纤掺铒浓度、最佳输出耦合比、重叠积分因子等重要参量的公式。并分析了影响激光器输出的各种因素：腔长、输出耦合比、谐振腔损耗。利用现有设备，测量了掺铒光纤的自发辐射谱，研制出了掺铒光纤环腔激光器，得到了线宽0.93nm、输出功率-1dBm的激光输出。 (2)对注入锁定技术进行了理论研究，给出了光纤环形腔注入锁定的带宽公式。并进行了光纤环形腔激光器注入锁定的试验研究，得到了输出光功率约为2dBm，线宽约为0.64nm的注入锁定激光输出，并对试验现象进行了分析。 (3)深入分析了单/双道Mach-Zehnder(M-Z)光纤干涉滤波器的滤波特性和复合腔选模的工作原理。并利用M-Z光纤干涉仪作为梳状滤波器，并和复合腔共同选模，在常温下我们获得了两个波长同时输出的掺铒光纤环形腔激光器。这一装置具有结构简单，器件价格低，实现容易等优点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引 言

1.2高速光纤通信系统

1.3光纤激光器的发展及现状

1.4光纤激光器的分类

1.5光纤环形腔的发展状况

1.6本论文的主要工作

第二章掺稀土元素光纤激光器理论

2.1引 言

2.2掺稀土元素光纤激光器的特点

2.3掺稀土元素光纤激光器的理论分析

2.3.1玻璃中稀土元素离子的吸收和荧光谱

2.3.2谐振腔的基本结构

2.3.3泵浦源的选择

2.4掺铒光纤激光器的理论模型

2.4.1铒离子的能级结构和速率方程

2.4.2简化的能级结构和速率方程

2.4.3光在掺铒光纤中的传播

2.4.4增益系数和输出功率

2.4.5重叠积分因子

2.5本章小节

第三章掺铒光纤环形激光器的理论模拟及试验研究

3.1引 言

3.2掺铒光纤环形腔激光器的理论模拟

3.3连接损耗对输出功率的影响

3.3.1光纤连接损耗

3.3.2掺铒光纤接续损耗理论分析

3.3.3光纤固定接头损耗

3.4掺铒光纤环腔激光器实验研究

3.4.1掺铒光纤环腔激光器实验研究

3.4.2掺铒光纤自发辐射试验

3.4.3掺铒光纤环腔激光器输出

3.5本章小节

第四章注入锁定光纤激光器

4.1引 言

4.2注入锁定概述

4.3注入锁定的理论模型

4.4注入锁定的实验研究

4.5本章小结

第五章多波长掺铒光纤环形激光器

5.1引 言

5.2马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的工作原理

5.2.1单/双通道马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的理论分析

5.2.2 MZI输出谱线的数值模拟

5.3复合腔选频原理

5.3.1环形谐振腔的工作原理

5.3.2环形复合谐振腔的工作原理：

5.4多波长复合腔掺铒光纤激光器的实验研究

5.5本章小结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢