鎖模拉曼光纖激光器及其動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)娘w速發(fā)展，現(xiàn)有的通信波段將很快用完，研究發(fā)展新的波段就成為一個(gè)緊迫任務(wù)。鎖模拉曼光纖激光器作為基于光纖中受激拉曼散射（stimulated Raman scattering，SRS）效應(yīng)基本原理的光纖激光器，其只要選用恰當(dāng)?shù)谋闷止庠矗碚撋暇涂色@得任意波長(zhǎng)激光輸出。拉曼光纖激光器（,Rman fiber lasers RFLs）在光學(xué)領(lǐng)域具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高功率輸出且光束質(zhì)量好、激射波長(zhǎng)靈活可調(diào)且轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)

2、，可以彌補(bǔ)半導(dǎo)體激光器的缺陷，成為光纖通信系統(tǒng)中較為理想的泵浦光源。本論文的研究工作就是在圍繞著鎖模拉曼光纖激光器和多波長(zhǎng)拉曼光纖激光器基礎(chǔ)上，對(duì)U波段（1650 nm附近）的拉曼光纖激光器進(jìn)行了相關(guān)理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　首先，本文概述了光纖的構(gòu)造和基本特性，綜述了光纖中互相位與自相位調(diào)制、四波混頻、受激布里淵與受激拉曼散射等五種主要的非線性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上我們進(jìn)一步分析介紹了被動(dòng)鎖模光纖激光器中的可飽和吸收體、非線

3、性偏振旋轉(zhuǎn)和非線性光纖環(huán)形鏡等三種常見(jiàn)的基本鎖模方法及拉曼光纖激光器的基本工作原理，包括拉曼散射基本理論、光纖中受激拉曼散射的物理機(jī)制及增益、拉曼光纖激光器的幾種分類等等。
　　其次，在詳細(xì)介紹光纖中的纖芯和包層內(nèi)的光纖模式的基本原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡述了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）技術(shù)機(jī)制的多波長(zhǎng)產(chǎn)生原理和Mach-Zehnder型干涉儀濾波器的工作原理。然后利用NPR技術(shù)的強(qiáng)度相關(guān)損耗特性的多波長(zhǎng)產(chǎn)生機(jī)制構(gòu)建并研究了一個(gè)基于不

4、同芯徑光纖的纖芯--包層間Mach-Zehnder濾波器的多波長(zhǎng)可調(diào)諧拉曼光纖激光器。我們實(shí)驗(yàn)中不僅實(shí)現(xiàn)了多波長(zhǎng)個(gè)數(shù)、位置和間隔的可調(diào)諧，而且獲得了中心波長(zhǎng)為1650 nm、波長(zhǎng)間隔為0.8 nm的高達(dá)40個(gè)波長(zhǎng)的多波長(zhǎng)拉曼光譜，其拉曼波長(zhǎng)的信噪比SNR高達(dá)58 dB。該1650 nm波段的多波長(zhǎng)可調(diào)諧拉曼光纖激光器由于其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)且調(diào)諧方便，其必將在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　然后，從被動(dòng)鎖模拉曼光纖激光器的閾值條件出

5、發(fā)，在研究并構(gòu)建了一個(gè)自制的連續(xù)波多縱模寬帶激光泵浦光源的基礎(chǔ)上著重分析討論多模激光泵浦的被動(dòng)鎖模拉曼光纖激光器的基本原理。依賴該多縱模激光泵浦，提出和闡述了一個(gè)U波段的基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)（NPR）鎖模機(jī)制的高單脈沖能量的被動(dòng)鎖模拉曼光纖激光器，并進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究了該連續(xù)波多模激光泵浦大脈沖能量的被動(dòng)鎖模拉曼光纖激光器及其相關(guān)的特性。實(shí)驗(yàn)獲得了中心波長(zhǎng)位于1651.3 nm波長(zhǎng)附近的高單脈沖能量的被動(dòng)鎖模拉曼光纖激光器。該激光器能夠取得脈

6、寬為890 ps、功率為110 mW的穩(wěn)定的鎖模輸出脈沖。該輸出脈沖獲得了290.7 nJ的脈沖能量和326.7 W的峰值功率。激光腔的超模抑制比達(dá)到41.2 dB以及其信噪比高達(dá)50 dB以上。這種被動(dòng)鎖模拉曼光纖激光器由于其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、大脈沖能量和高峰值功率，該激光器在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。
　　最后，根據(jù)非線性偏振旋轉(zhuǎn)的光強(qiáng)度相關(guān)透射特性的鎖模機(jī)制研究了一個(gè)超高階被動(dòng)諧波鎖模拉曼光纖激光器。實(shí)驗(yàn)研究表明該激光器能夠獲得

7、高達(dá)1552階諧波鎖模的穩(wěn)定的光脈沖，在1.5 W泵浦功率的情況下激光器的輸出功率為168.3 mW。就我們所知，這是目前為止所獲得的最高階的被動(dòng)諧波鎖模光纖激光器。實(shí)驗(yàn)中，我們可以獲得從第1階到第1552階范圍內(nèi)的不同階數(shù)的諧波鎖模脈沖。該拉曼光纖激光器的超模抑制比要優(yōu)于40 dB。同以前的工作相比，該激光器提供了一個(gè)關(guān)于高諧波階數(shù)、高脈沖能量以及優(yōu)良的脈沖質(zhì)量等性能的前所未有的結(jié)合。由于它的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和高重復(fù)率，這個(gè)超高階諧波鎖模拉曼