本文選題：多波長(zhǎng)激光器　切入點(diǎn)：非線性效應(yīng)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：密集波分復(fù)用技術(shù)是提升光纖通信速率與容量的有效途徑,其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光信號(hào)。傳統(tǒng)的方法是采用半導(dǎo)體激光器陣列產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光信號(hào),但這種陣列光源因?yàn)橄到y(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及成本較高等缺點(diǎn),一定程度地限制了通信容量的提升。相比之下,摻鉺光纖激光器作為產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光信號(hào)的光源,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕及成本低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是大容量光纖通信系統(tǒng)中最具潛力的光源,因此對(duì)其開展相關(guān)研究具有非常重要的意義。然而,一般情況下的摻鉺光纖激光器存在劇烈的模式競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng),無法實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光輸出。為解決這一問題,本論文圍繞非線性光學(xué)效應(yīng)抑制模式競(jìng)爭(zhēng)的方法,開展了基于受激布里淵散射、四波混頻、受激布里淵散射與非線性光學(xué)環(huán)形鏡組合、受激布里淵散射與四波混頻組合的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的理論與實(shí)驗(yàn)研究。其主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過結(jié)合描述摻鉺光纖的速率方程與受激布里淵散射耦合方程的解析解,建立了基于受激布里淵散射效應(yīng)的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的理論模型,數(shù)值模擬了摻鉺光纖泵浦功率、布里淵泵浦功率及波長(zhǎng)對(duì)此類多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的輸出波長(zhǎng)數(shù)量的影響,并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。(2)提出了利用兩注入泵浦光信號(hào)的方法,使基于四波混頻的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)間隔任意可調(diào)。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了這種多波長(zhǎng)激光器輸出波長(zhǎng)數(shù)量對(duì)注入泵浦波長(zhǎng)、功率、波長(zhǎng)間隔及摻鉺光纖泵浦功率的依賴關(guān)系,并數(shù)值模擬了這些依賴關(guān)系,實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果具有較好的一致性。(3)針對(duì)基于受激布里淵散射的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器輸出幅度平整性不好、輸出數(shù)量調(diào)節(jié)不便利的現(xiàn)象,提出了利用受激布里淵散射與非線性光學(xué)環(huán)形鏡組合的技術(shù)方案。在此方案基礎(chǔ)上,建立了這種多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的理論模型,數(shù)值模擬了摻鉺光纖泵浦功率、四分之一波片角度和輸入偏振狀態(tài)對(duì)此類多波長(zhǎng)激光器輸出的波長(zhǎng)數(shù)量與幅度平整性的影響,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,數(shù)值模擬獲得的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。(4)提出了利用受激布里淵散射與四波混頻組合的技術(shù)方案,使摻鉺光纖激光器獲得多波長(zhǎng)輸出。在此基礎(chǔ)上,建立了這種多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的理論模型,該模型通過利用受激布里淵散射與四波混頻效應(yīng)組合的非線性極化強(qiáng)度表達(dá)式,推導(dǎo)了描述這兩種非線性效應(yīng)的功率與相位耦合方程。根據(jù)建立的-I-模型,本論文進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,分析了摻鉺光纖泵浦功率、布里淵泵浦功率對(duì)輸出多波長(zhǎng)數(shù)量的影響。本論文的研究結(jié)果對(duì)于完善基于這些非線性效應(yīng)的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的機(jī)理模型、優(yōu)化此類多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器設(shè)計(jì)、促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Dense wavelength Division Multiplexing (DWDM) is an effective way to improve the speed and capacity of optical fiber communication. The key technology is to produce multi-wavelength laser signal, the traditional method is to use semiconductor laser array to generate multi-wavelength laser signal. However, because of the large system, complex structure and high cost, this kind of array light source limits the communication capacity to a certain extent. In contrast, erbium-doped fiber laser is used as the light source to produce multi-wavelength laser signal. With the advantages of simple structure, small size, light weight and low cost, it is considered as the most potential light source in large capacity optical fiber communication system. In general, erbium-doped fiber lasers have intense mode competition effect, so it is impossible to realize multi-wavelength laser output. In order to solve this problem, this paper focuses on the method of suppressing mode competition due to nonlinear optical effects. Based on stimulated Brillouin scattering, four-wave mixing, stimulated Brillouin scattering and nonlinear optical annular mirror, Theoretical and experimental study of a multi-wavelength erbium-doped fiber laser with stimulated Brillouin scattering and four-wave mixing. The main contents of this study are as follows: 1) Analytical solutions of the rate equation and stimulated Brillouin scattering coupling equation of erbium-doped fiber are described by combining the rate equation and the stimulated Brillouin scattering equation. A theoretical model of multi-wavelength erbium-doped fiber laser based on stimulated Brillouin scattering effect is established. The pump power of erbium-doped fiber is numerically simulated. The effects of Brillouin pump power and wavelength on the number of output wavelengths of this kind of multiwavelength erbium-doped fiber lasers are verified by experiments. The numerical simulation is in good agreement with the experimental results. The multiwavelength erbium-doped fiber laser based on four-wave mixing can be adjusted at arbitrary wavelength intervals. The number of output wavelengths of this multi-wavelength laser is experimentally observed for the injection pump wavelength and power. The dependence of wavelength interval and the pump power of erbium-doped fiber is simulated numerically. The experimental results are in good agreement with the numerical simulation results. (3) aiming at the phenomenon that the output amplitude of multi-wavelength erbium-doped fiber laser based on stimulated Brillouin scattering is not smooth enough and the output quantity is not convenient to adjust, Based on this scheme, the theoretical model of the multi-wavelength erbium-doped fiber laser is established, and the pump power of erbium-doped fiber is numerically simulated. The effects of 1/4 wave plate angle and input polarization state on the wavelength number and amplitude levelness of this kind of multiwavelength laser are verified by experiments. The variation law obtained by numerical simulation is consistent with the experimental results. (4) A technical scheme of combining stimulated Brillouin scattering and four-wave mixing is proposed to obtain multi-wavelength output of erbium-doped fiber laser. The theoretical model of this multi-wavelength erbium-doped fiber laser is established. The nonlinear polarization intensity is expressed by using the combination of stimulated Brillouin scattering and four-wave mixing effect. The power and phase coupling equations describing the two nonlinear effects are derived. According to the established -I- model, the corresponding numerical simulation and experimental verification are carried out, and the pump power of erbium-doped fiber is analyzed. The effects of Brillouin pump power on the output number of multi-wavelength erbium doped fiber lasers are studied in this paper. The results of this paper can improve the mechanism model of multi-wavelength erbium-doped fiber lasers based on these nonlinear effects and optimize the design of such multi-wavelength erbium-doped fiber lasers. It has important guiding significance to promote its practical application.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248

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本文編號(hào)：1626634