基于布里淵效應(yīng)的隨機(jī)光纖激光器研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-29 09:50

【摘要】：隨機(jī)光纖激光器是一種新型的光纖激光器,在光纖通信、光纖傳感與工業(yè)加工領(lǐng)域有著廣闊前景。本文基于摻餌光纖的增益特性、光纖中的受激布里淵(SBS)效應(yīng)和瑞利散射(RS)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了兩種不同結(jié)構(gòu)的雙端泵浦混合腔隨機(jī)光纖激光器。包括一種基于SBS的雙波長隨機(jī)光纖激光器(DW-BRFL),和一種基于SBS的多波長隨機(jī)光纖激光器(MW-BRFL)。本文涉及的主要研究內(nèi)容如下:1、首先基于摻雜光纖增益特性模型,建立雙端泵浦線型腔抽運(yùn)公式。從而引出后面有關(guān)窄線寬激光器和隨機(jī)激光器的模型建立和仿真優(yōu)化。研究了摻雜元素離子濃度大小和摻雜光纖長度對(duì)摻雜光纖為增益介質(zhì)的激光器性能的影響。分析隨著泵浦功率變化,選擇不同摻雜濃度以及光纖長度時(shí),諧振腔內(nèi)能級(jí)粒子變化,仿真模擬相應(yīng)的閾值、輸出功率、斜率效率等激光輸出特性。得到本文窄線寬激光器所用摻餌光纖最佳長度為1 m。同樣分析了利用纖布拉格光柵法布里-珀羅(FBG F-P)作為激光腔鏡來得到窄線寬激光輸出的理論原理。2、建立了DW-BRFL內(nèi)泵浦光與Stokes光的相互作用物理模型,并進(jìn)行理論仿真。搭建了基于SBS效應(yīng)的窄線寬DW-BRFL系統(tǒng),該系統(tǒng)的線型腔由1 m高濃度摻鉺光纖(EDF)和一對(duì)中心波長為1550nm、反射率為80%的FBG F-P組成,10 km單模光纖(SMF)作為隨機(jī)腔增益介質(zhì),實(shí)現(xiàn)了布里淵隨機(jī)激光器(BRLs)。在兩個(gè)980 nm激光二極管(LD)雙向抽運(yùn)下,從同一端口獲得兩個(gè)波長分別為1549.612 nm和1549.70 nm的窄線寬激光器,其閾值分別為30 mW和150 mW,測(cè)得的線寬分別為~586.2 Hz和~578.2 Hz。它不僅具有極窄的線寬還具有較高的平穩(wěn)度,2 h時(shí)間段內(nèi)(35)RMS(28)0.1226%,1 h內(nèi)波峰最大差異值僅為0.5312 dB。3、設(shè)計(jì)了一種新型的窄線寬多波長布里淵隨機(jī)光纖激光器(MW-BRFL)。該激光器采用了混合腔結(jié)構(gòu),由線型腔和半開放隨機(jī)腔組成,將隨機(jī)光纖激光器與Brillouin激光器結(jié)合。分析了MW-BRFL產(chǎn)生隨機(jī)激光的原理,并建立了功率耦合方程。然后搭建MW-BRFL實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),使用10 km和20 km單模光纖(SMF)作為SBS增益介質(zhì)分別得到了穩(wěn)定的五階和六階Stokes光輸出,波長間隔為0.088nm。通過在MW-BRFL輸出端增加光纖環(huán)反射鏡,使輸出穩(wěn)定的性能得以提升,在SBS增益介質(zhì)為20 km SMF時(shí)得到具有大于50 dB的超高光學(xué)信噪比和0.143dB的最佳峰值功率差異的隨機(jī)激光輸出。
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