单频光纤激光器揩振腔的研究

摘要

作为光纤激光器的研究方向之一，单频光纤激光器以窄线宽单频输出、相干性好等优点在数据存储、光纤传感、高精度光谱分析和相干光通信等多个领域具有广泛的应用前景。
　　 在光纤激光器的基本结构中，谐振腔的特性对于单频输出起着至关重要的作用。本文重点对单频激光器的模式选择器件光纤Bragg光栅(FBG:Fiber Bragg Grating)以及谐振腔结构进行了理论分析和仿真，主要的研究内容和成果如下：
　　 1．从激光产生的条件出发，得到了光纤激光器的基本结构；对其工作原理进行了深入地说明，并分析了各组成部分所发挥的作用；详细介绍了激光器的模式选择原理，据此提出了实现单频输出常见的方法以及常用的谐振腔结构，并对其优缺点加以分析。
　　 2．从光纤的光敏性出发，简单介绍了光纤光栅的各种不同的写入方法以及分类。由经典的耦合模理论对FBG的耦合模方程进行了推导和归纳，得到其反射特性；针对不同的参数对峰值反射率以及反射带宽的影响进行了仿真，并得出了相应的结论。在此基础上，对由高反射镜构成的普通的Fabry-Pérot(F-P)腔和FBG构成的F-P腔分别进行了仿真和分析，并加以比较。通过和普通的F-P腔对比发现，FBG本身存在一个有效长度，可充当有效腔长的一部分；FBG型F-P腔具有更加精细的模式选择特性，在保证峰值反射率不变的情况下，通过选取适当的腔长和光栅长度即可实现单频输出。
　　 3．在实验室环境下，采用相位掩模技术成功地在单模光纤的纤芯中写入了FBG。通过光谱仪对其透射谱进行观察，最终证明此FBG优良的性能使其能够应用于单频光纤激光器中。
　　 4．从Er3+-Yb3+离子对的能级系统出发，详细分析了Er3+-Yb3+共掺光纤的特性；采用FBG型F-P腔结构作为谐振腔，结合速率方程建立了Er3+-Yb3+共掺光纤激光器的系统模型；根据此模型对Er3+-Yb3+共掺光纤激光器进行了仿真以及进一步分析，得到不同的激光器参数对其输出特性的影响。