双波长窄线宽环形腔光纤激光器及其应用研究

摘要

随着社会步入信息化时代，人类对通信容量的需求呈现飞速增长的趋势，波分复用（WDM）通信技术应运而生。目前，波分复用通信系统正朝着信道数目越来越多的方向发展。为了降低成本，采用多波长激光器作为通信系统光源成为必由之路。在各类多波长激光器中，多波长光纤激光器以其众多优点成为研究热点。
　　 本文以双波长窄线宽环形腔光纤激光器及其应用为研究对象，进行了相关理论及实验研究，完成的工作包括：
　　 1.阐述了激光器谐振腔的基本类型，对环形谐振腔的传输特性进行了分析。
　　 2.理论分析了具有对称结构的双π相移光纤布喇格光栅的输出特性，在此基础上搭建基于相移光纤光栅的环形腔掺铒光纤激光器，实现了波长间隔为0.076nm的双波长激光输出。对于相移光纤光栅，合理地选择光栅参数，如长度、折射率调制深度等参数可以其具有宽波长间隔、透射阻带以及窄线宽的滤波特性，还可将其应用到光生微波/毫米波系统中可得到更高频率的微波/毫米波信号。
　　 3.实验研究了光纤饱和吸收体对激光模式的影响。实验中分别采用长度为1m，2m的高掺杂浓度的掺铒光纤作为饱和吸收体搭建了环形腔掺铒光纤激光器，对饱和吸收体对激光模式的影响进行实验研究。研究结果表明：饱和吸收体对激光模式只是存在一定的衰耗作用，并不能在饱和吸收体内形成窄带滤波器。
　　 4.提出一种基于光差拍技术的新型频率合成器实现方案，该频率合成器可实现从DC到上百GHz的梳状谱信号输出。实验利用10GHz光电探测器对一腔长为27米的环形腔掺铒光纤激光器输出的多纵模激光进行差拍，得到频率间隔为7.63MHz的梳状谱信号输出。受光电探测器响应速率的影响梳状信号的频率范围为DC-10GHz。
　　 5.提出了一种DBR光纤激光器有效腔长的测量方法，进行了相关理论与实验研究。搭建了DBR光纤激光器，通过测量谐振腔内两个相邻纵模之间的频率间隔，无需知道光栅的精确物理长度，可精确测量DBR光纤激光器的有效腔长。实验测得的结果与已有的理论计算结果符合很好，测量精度可高达10-4mm。