【摘要】：光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、散熱好等特點(diǎn),受到人們的廣泛關(guān)注。摻銩(Tm3+)光纖激光器的光譜可調(diào)諧范圍寬,其中2μm波段可廣泛應(yīng)用于激光醫(yī)學(xué)、眼睛安全的近距離遙感、軍事等領(lǐng)域。光纖放大器由于傳輸功率高,纖芯截面小等原因容易產(chǎn)生受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)等非線性效應(yīng)。一些特殊領(lǐng)域,如非線性頻率轉(zhuǎn)換需進(jìn)行單頻放大,2μm波段單頻拉曼光纖放大器(SF-RFA)輸出特性受泵浦功率、光纖長(zhǎng)度、信號(hào)光種子功率等因素影響,尤其是SBS效應(yīng)限制了SF-RFA輸出功率提升。 本文研究了2μm波段SF-RFA的相關(guān)理論及其輸出特性,對(duì)其中的SBS效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值仿真,并對(duì)單波長(zhǎng)線形腔摻Tm3+光纖激光器和放大器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,主要工作包括： (1)研究了SF-RFA的基礎(chǔ)理論。主要從拉曼光纖放大器基本原理、拉曼光纖放大器特性、拉曼光纖放大器分類以及SF-RFA中的SBS效應(yīng)四個(gè)方面進(jìn)行理論研究。 (2)定量分析了影響2μm波段SF-RFA輸出特性的因素。建立了考慮SBS效應(yīng)的非線性數(shù)學(xué)模型,利用龍格-庫(kù)塔法和牛頓迭代法聯(lián)合求解模型中的激光和斯托克斯光的功率及分布特性。利用Matlab軟件進(jìn)行仿真,系統(tǒng)分析了泵浦功率、光纖長(zhǎng)度、信號(hào)光種子功率等因素對(duì)2μm波段SF-RFA輸出特性的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明：泵浦功率越高,放大器輸出功率和SBS功率越大,但為防止過高的SBS功率影響放大器性能,應(yīng)避免采用過高的泵浦功率。在泵浦功率100W以內(nèi),較長(zhǎng)的光纖對(duì)應(yīng)于較高的輸出功率、SBS功率和放大器轉(zhuǎn)換效率。適當(dāng)增加信號(hào)光種子功率可以有效增大輸出功率和放大器轉(zhuǎn)換效率,同時(shí)可以減少SBS功率。 (3)搭建了單波長(zhǎng)線形腔摻Tm3+光纖激光器和放大器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)出全光纖摻Tm3+激光種子光的中心波長(zhǎng)為1941.4nm,信噪比約為54dB。并在對(duì)激光進(jìn)行持續(xù)檢測(cè)的100分鐘內(nèi),所測(cè)得的激光中心波長(zhǎng)漂移量小于0.01nm,激光器的峰值功率抖動(dòng)小于0.7dB。當(dāng)摻Tm3+放大器的泵浦功率達(dá)到2.15W時(shí),激光的輸出功率可以達(dá)到0.778W。
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圖片說明： 通過將一個(gè)均衡器加入到傳輸光纖中間，來破壞環(huán)路增益，，達(dá)到減少瑞利散射噪聲的效果。如下圖2.3，圖中顯示了 RFA中接頭間的二次反射和雙瑞利散射兩種多徑干涉過程。由于雙向瑞利散射的光場(chǎng)是在信號(hào)輸入端一側(cè)產(chǎn)生的，并且在之后的光纖傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生很大的衰減，因此懫用正向菜浦方式能夠有效抑制雙瑞利散射效應(yīng)。信號(hào)光在光纖傳輸中經(jīng)歷的兩次瑞利散射稱為雙向瑞利散射，其到達(dá)輸出端后會(huì)產(chǎn)生多徑干擾。信號(hào)光 二次反射光 放大的信號(hào)光光纖 ——.^ 一 /- ^ ..-■■■ ..... / ..................... ............... ............ ....接頭1 被放大的一次反射光 一次反射光 被放大的一次反射光 接頭2(a)信號(hào)光 二次散射光 放大的信號(hào)光 i ^ ：：：：：^ 光纖 ~ ......z...........................，I ,Z.. i被放大的一次散射光 一次散射光 被放大的一次散射光(b)圖2.3接頭間二次反射(a)與雙瑞利散射(b)多徑干涉噪聲產(chǎn)生過程示意圖Fig. 2.3 A diagram of the process of Multiple-path interference noise of the joints the secondaryreflector and a double Rayleigh scattering(3)串話噪聲RFA中主要有兩種串話噪聲：一種是由于粟浦光源的波動(dòng)導(dǎo)致的粟浦-信號(hào)間串話；另一種是由于粟浦源對(duì)多個(gè)信道同時(shí)進(jìn)行放大，從而
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圖片說明： 4.1實(shí)驗(yàn)裝置圖4.1為自行搭建的摻Tm3+光纖激光器及放大器的實(shí)驗(yàn)裝置圖。放大器前端為自行搭建的全光纖線形腔激光器。摻Tm3+光纖激光器使用的菜浦源為1550mn單模半導(dǎo)體激光器，1550mn粟浦激光首先通過光纖放大器進(jìn)行放大，然后再經(jīng)由波分復(fù)用器(WDM)注入單模摻Tm3+增益光纖，粟浦源半導(dǎo)體激光器的最大輸出功率為5dBm。其中，使用的1550/2000nm WDM的1550mn端口消光比大于25dB，2000nm端口的消光比約為22dB。粟浦光通過WDM的1550nm端口壀合進(jìn)入諧振腔內(nèi)后來回振蕩，激發(fā)摻Tm3+光纖中的Tm3+離子翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生2^un波段激光。單模摻Tm3+增益光纖(Nufem)的長(zhǎng)度為Im
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN722;TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2513331