發(fā)布時間：2020-10-25 02:51

　　 近年來,隨機光柵吸引了越來越多科研人員的興趣,其有著廣闊的應用前景。本文研究了隨機光柵及其在光纖激光器和傳感器領(lǐng)域的應用,具體內(nèi)容如下:1.實驗研究了基于25mm長隨機相移光纖Bragg光柵的環(huán)形腔隨機光纖激光器。隨機相移光柵利用光束掃描法制作在普通單模光纖上,通過沿光柵長度引入的20個隨機取值的相移點實現(xiàn)了隨機反饋和光局域化效應。在980nm泵浦的激勵下,激光器的閾值功率僅為21.8mW,隨泵浦功率不同可以實現(xiàn)單波長或雙波長的激光發(fā)射。在130mW泵浦功率下,1549.96nm波長處的3dB帶寬為0.44pm,光信噪比高達55dB。通過將隨機光柵浸入水中,可以有效地抑制模式競爭,實現(xiàn)更穩(wěn)定的單波長模式。2.實驗研究了基于上述隨機相移光纖Bragg光柵的半開腔隨機光纖激光器。通過采用不同分光比的耦合器和不同的監(jiān)測方向研究了多種情況下的激光輸出特性。在980nm激光器的泵浦下實現(xiàn)了穩(wěn)定的單波長激光發(fā)射,閾值功率為25mW。在350mW的泵浦功率下,獲得了光信噪比高達67dB和3dB帶寬17.7pm的單波長激光輸出。通過將光柵浸入不同濃度的NaCl溶液中,我們發(fā)現(xiàn)激射波長隨周圍折射率線性變化,這為激射波長調(diào)諧和折射率檢測提供了一種潛在的方法。3.提出基于LiNbO_3隨機波導光柵的電壓傳感器及其電壓檢測方法。隨機波導光柵作為該傳感器的傳感頭,當有電壓作用到隨機波導光柵時,LiNbO_3晶體的電光效應會引起隨機波導光柵有效折射率的改變。將隨機波導光柵的反射譜與沒有電壓作用時的同一光柵的反射譜進行互相關(guān)運算,根據(jù)相關(guān)曲線峰值對應的波長偏移與外加電壓呈線性關(guān)系,實現(xiàn)對電壓的檢測。仿真結(jié)果表明,使用隨機波導光柵1550-1600nm波段的反射譜進行電壓檢測的靈敏度高達16.0pm/V。利用退火質(zhì)子交換的方法一次性制備得到了LiNbO_3隨機波導光柵,并對提出的電壓傳感器進行了實驗研究。
【學位單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP212;TN248
【部分圖文】：

第一章 緒論纖Bragg光柵也可以使用這種簡單的方法來制造[19]。這種光柵在高功率隨機光纖激光器、波分復用網(wǎng)絡和光交換方面有著潛在的應用價值。在隨機光柵的應用方面，2016 年，Jayachandra Bingi 等人展示了單個斑點的新穎的邊緣衍射現(xiàn)象，并使用這些衍射圖案通過光刻工藝制造了如圖 1-1 所示的隨機光柵。其中，每個斑點的衍射圖案形成微米或亞微米尺寸的光柵，隨機排列的一維或二維的微光柵集合被稱為一維或二維的隨機光柵。他們發(fā)現(xiàn)“Si-隨機光柵-Si”夾層結(jié)構(gòu)具有顯著降低透射和增強吸收（消光）的作用，證明其可用于太陽能的收集[20]。2017 年，YanpingXu 等人通過對基于隨機反饋的激光二極管的混沌動力學的理論分析發(fā)現(xiàn)隨機分布反饋破壞了與相位有關(guān)的模式條件，從而可以抑制時間延遲特征。他們采用逐點刻寫的方式在光纖上制作了隨機折射率調(diào)制周期的隨機光柵，通過實驗發(fā)現(xiàn)隨機光柵將大量與相位不相關(guān)的腔模式引入到半導體激光器，導致高維的混沌動力學，從而隱藏了時間延遲特征并獲得了迄今為止最小的時間延遲特征值 0.0088[21-22]。

新穎的控制方案為隨機激光制造過程增加了一定程度的可重復性[56]。同年，Yang Li 等人利用 10cm 單模光纖上 100 個隨機間隔的折射率調(diào)制光柵的多射有效地產(chǎn)生了隨機反饋，實現(xiàn)了在 0.5nm 范圍內(nèi)可調(diào)諧的摻鉺光纖環(huán)形激光器。激光器在 5s 內(nèi)表現(xiàn)出小于-120dB/Hz 的較低的相對強度噪聲和標準偏差為 3.41×低頻波動，具有 2.4kHz 的窄線寬和 59dB 的高側(cè)模抑制比[57]。2015 年，Lulu Wang 等人采用光束掃描法直接在 40mm 長的高濃度鉺鐿共摻光纖寫了隨機相移光柵，通過波長為 980nm 的激光二極管泵浦，實現(xiàn)了閾值功率僅 28隨機激光輸出。激光器的光信噪比高達 65dB，隨泵浦功率不同能夠得到單波長和長的激光輻射[44]。同年，W. L. Zhang 等人通過結(jié)合光纖 Bragg 光柵陣列的隨機反饋和光纖端的菲涅饋獲得了多模式相干隨機激光，泵浦閾值為 14mW，功率效率為 14.4%。在隨機光光器中，摻鉺光纖上隨機間隔的光纖 Bragg 光柵被用作增益介質(zhì)、隨機分布的反射及可控元件。此外，他們提出并證實了一種全光學方法來調(diào)控摻鉺隨機光纖激光器射模式。如圖 1-2 所示，他們使用橫向注入的控制光來引起局部增益擾動，為某些共振模式提供額外的增益，通過改變暴露于控制光的激光腔的位置實現(xiàn)了隨機光纖器的有效的模式選擇[58]。

圖 1-3 隨機光纖激光器的實驗裝置圖，當 A 部分換為 B 部分時即為測量線寬的實驗裝置圖[60]。同年，W. L. Zhang 等人將刻寫在摻鉺光纖上的隨機間隔的光纖 Bragg 光柵陣列作為增益介質(zhì)和隨機分布反射鏡，與可調(diào)反射鏡一起構(gòu)成隨機光纖激光器。當可調(diào)反射鏡的反射率從 4%增加到 50%時，多模相干隨機激光的閾值功率由 10mW 降至 7.5mW，功率效率由 23%增加到 27%。為了控制隨機激光的激射模式，隨機光柵陣列的特定位置被加熱，以讓該位置光纖 Bragg 光柵的波長遠離其它光纖 Bragg 光柵，形成不同的諧振腔。他們通過改變加熱點的位置來控制隨機光纖激光器的激射模式，實現(xiàn)了基于溫控的模式選擇[61]。同年，許儒泉等人基于相位掩模法在利用拉絲塔在線制作的單模光纖纖芯上連續(xù)刻寫長度為 0.3mm 的光纖 Bragg 光柵約 4.3×105支，制作了長度為 130m 的全光柵光纖。利用光學環(huán)行器將作為隨機反饋介質(zhì)的全光柵光纖接入由摻鉺光纖放大器、光纖隔離器和窄帶光濾波器組成的環(huán)形激光腔中，構(gòu)成如圖 1-4 所示的超窄線寬的環(huán)形隨機光纖激光器。通過窄帶光濾波器選模，激光器輸出連續(xù)單模激光的最大功率為 1.26mW，閾值電流為 75mA。泵浦電流恒定為 100mA 時的激光器線寬為 1.25kHz。當頻率為 1kHz 以上時，激光器輸出的相對強度噪聲達到-90dB。相比于傳統(tǒng)的基于分立光纖 Bragg 光柵的隨機光纖激光器反饋腔，該反饋腔具有更多的隨機反饋點以及更均勻的隨機性，有助
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本文編號：2855348