基于四波混頻的多波長摻鉺光纖激光器的理論模型.pdf

1、由于多波長摻鉺光纖激光器在密集波分復(fù)用、器件測試、光學(xué)傳感等方面有廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到廣泛重視。然而由于摻鉺光纖均勻展寬導(dǎo)致激烈的模式競爭，獲得多波長輸出非常困難。抑制模式競爭的方法很多，其中基于四波混頻的多波長產(chǎn)生機制具有明顯的優(yōu)點，是近年來的研究熱點。但目前研究主要集中在實驗方面，尚未有對此類激光器進行理論研究的報道。為彌補這一空白，本文提出了一種模擬該類激光器的理論模型。
　　首先建立了鉺離子的三能級模型，并在一維近似

2、條件下推導(dǎo)了傳播方程。由于4I13/2能級上粒子壽命遠遠長于4I11/2，本文中將三能級系統(tǒng)簡化為二能級系統(tǒng)。隨后將模型推廣到多波長多泵浦的情況。
　　然后在慢變幅度近似條件下推導(dǎo)了多四波混頻過程的耦合波方程組。由于耦合波方程是一剛性方程組，本文用功率歸一化減弱了方程組的剛性度，并采用預(yù)估-矯正法對方程進行數(shù)值求解，其中用四階Adams-Bashforth顯式積分方法進行預(yù)估，用三階Adams-Moulton隱式積分方法進行矯正。

3、在此基礎(chǔ)上模擬了四波混頻的動態(tài)過程以及材料色散、波導(dǎo)色散和泵浦功率對四波混頻的影響。
　　最后通過將四波混頻作為傳播方程的動態(tài)邊界條件得到了基于四波混頻的多波長摻鉺光纖激光器的模型。利用該模型，本文中驗證了四波混頻抑制模式競爭的作用，并研究了摻鉺光纖凈截面曲線平坦度和四波混頻效率對輸出光譜功率平坦性的影響。模擬中得到了19個功率差在3dB內(nèi)的波長輸出。在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上從數(shù)學(xué)和物理層面探討了抑制模式競爭的本質(zhì)和可能的新的抑制模式競