基于人工可控后向散射光纤的随机激光器研究

摘要

随机分布反馈光纤激光器(RDFFL)是基于单模光纤的受激Raman散射(SRS)增益和瑞利后向散射(RBS)的无腔随机光纤激光器。它的提出和研究对非线性光纤光学、分布式光纤传感、光纤通信等方面具有深远的影响，也为激光物理、非线性光学和光纤激光器开拓了一个新的研究领域。
　　但是，由于光纤损耗和瑞利散射系数很小，随机分布反馈光纤激光器通常需要长达数十甚至数百千米长度的反馈光纤。为了降低随机分布反馈光纤激光器的结构复杂性，减小反馈光纤的长度，本文提出采用飞秒激光微加工技术，(1)在普通单模光纤中引入人工可控的反射点（反馈较小），增强单模光纤的后向反射。(2)在掺铒光纤中引入人工可控的反射点（反馈较强），以反射点的光反馈代替光栅阵列的光反馈。采用刻写的人工可控后向反射光纤作为反馈光纤，实现结构可控的基于人工可控后向散射光纤的随机激光器。
　　论文的研究内容包括三部分:
　　1.首先根据单模光纤的后向散射理论，模拟了在单模光纤单位长度刻写一个反射点的相对后向反射功率，分析了采用飞秒激光微加工技术增强单模光纤后向反馈的可行性。
　　2.其次介绍了实验装置，并采用光时域反射(OTDR)系统实时监测刻写光纤的后向反射轨迹，研究了人工可控后向反射光纤的最优化刻写参数，根据最优化的刻写参数刻写了高后向反射的人工可控后向反馈单模光纤和人工可控后向反馈掺铒光纤。
　　3.最后提出一种基于人工可控后向反馈单模光纤和掺铒光纤的半开放腔随机激光器。通过泵浦掺铒光纤所获得的增益代替受激拉曼散射增益，采用人工可控后向散射光纤作为反馈光纤，中心波长为1530nm的布拉格光纤光栅(FBG)作为滤波器。分别获得了基于人工可控后向反馈单模光纤和掺铒光纤的随机激光器。研究结果表明:将基于人工可控后向反馈单模光纤的随机激光器的反馈光纤长度缩短至几百米;在掺铒光纤中引入人工可控的反射点（反馈较强），以几十个反射点的光反馈代替了光栅阵列的光反馈，获得了稳定的激光输出。基于人工可控后向散射光纤的随机激光器改善了传统随机分布反馈光纤激光器反馈光纤较长的问题。

目录

摘要

1 绪论

1．1 光纤激光器的发展

1．2 随机激光器的发展

1．3 随机光纤激光器的研究现状

1．4 随机光纤激光器的应用

1．4．1 非线性光学方面的应用

1．4．2 医学成像方面的应用

1．4．3 光纤传感方面的应用

1．5 主要研究内容

1．6 论文结构

2 随机分布反馈光纤激光器原理

2．1 激光的理论基础

2．1．1 光与物质的相互作用

2．1．2 激光产生的条件

2．1．3 激光器的基本结构

2．2 光的散射

2．3 随机分布反馈光纤激光器原理

2．3．1 基本原理

2．3．2 理论模型

2．4 随机分布反馈光纤激光器的分类

2．4．1 基于分布反馈后向瑞利散射的随机光纤激光器

2．4．2 基于安德森局域效应理论的随机光纤激光器

2．4．3 基于特殊光纤的随机分布反馈光纤激光器

2．5 本章小结

3 飞秒激光刻写人工可控后向散射光纤的研究

3．1 飞秒激光刻写人工可控后向散射光纤的理论研究

3．1．1 单模光纤的瑞利后向散射理论

3．1．2 飞秒激光刻写单反射点增强后向反馈原理

3．1．3 飞秒激光刻写多反射点的后向反射功率

3．1．4 飞秒激光刻写光纤的分析

3．2 实验设备

3．2．1 飞秒激光微加工系统

3．2．2 光时域反射系统

3．2．3 飞秒激光刻写人工可控后向散射光纤的实验装置

3．3 飞秒激光刻写人工可控后向散射光纤实验参数的研究

3．4 飞秒激光刻写高后向反馈光纤

3．5 本章小结

4 基于人工可控后向散射光纤的随机激光器研究

4．1 引言

4．2 基于人工可控后向反馈SMF的随机激光器

4．2．1 随机激光器的结构

4．2．2 随机激光产生的基本原理

4．2．3 随机激光器的输出特性

4．3 基于人工可控后向反馈EDF的随机激光器

4．3．1 激光器结构

4．3．2 基于人工可控后向反馈EDF的随机激光器的输出特性

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢

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