【摘要】：多波長、可調(diào)諧光纖激光器因能夠提供多個波長激光同時輸出,且可以實(shí)現(xiàn)單/多波長激光的可切換、可調(diào)諧輸出,在光纖通信系統(tǒng)、光纖傳感系統(tǒng)、密集波分復(fù)用系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。多波長、可調(diào)諧光纖激光器小型化、集成化已成為未來的發(fā)展趨勢。光纖疊柵(SIFG)是一種體積小巧的光柵器件,具有波長間隔、反射率的靈活性,對溫度、應(yīng)變響應(yīng)的敏感性,利于光纖激光器的集成。因此對基于光纖疊柵的可調(diào)諧摻鉺光纖激光器(EDFL)進(jìn)行研究具有十分重要的理論價值和實(shí)際意義。本文在總結(jié)目前多波長、可調(diào)諧EDFL的技術(shù)和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,采用耦合模理論分析了光纖布拉格疊柵(SIFBG)的反射譜特性,研究了多波長線形腔EDFL的工作原理,并實(shí)驗(yàn)研究了基于SIFBG和啁啾光柵(CFBG)的可調(diào)諧EDFL以及基于D-SIFBG(Double-SIFBG)的可調(diào)諧EDFL的輸出特性。論文的主要內(nèi)容包括:首先,基于耦合模理論,在光纖光柵滿足諧振耦合的條件下,深入研究了光纖SIFBG的特性,對多波長、輸出線寬不同和輸出波長間隔不同的SIFBG的反射譜進(jìn)行了數(shù)值仿真分析;分析了摻鉺光纖的均勻增益特性;重點(diǎn)研究了線形腔EDFL的重要參數(shù),如粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、增益、激光器的閾值、輸出功率、斜率效率等相互間的約束關(guān)系;分析了EDFL的模式競爭、多波長EDFL的穩(wěn)定振蕩條件等。其次,基于Giles模型研究了EDFL的工作原理;設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、元件少的雙波長、多波長SIFBG和CFBG的光纖激光器結(jié)構(gòu);實(shí)驗(yàn)分別研究了基于雙波長SIFBG和CFBG的可調(diào)諧EDFL的單/雙波長可切換、可調(diào)諧激光的輸出特性,以及基于三波長SIFBG和CFBG的可調(diào)諧EDFL的單/雙/三波長可切換、可調(diào)諧激光輸出特性,分析了泵浦功率、諧振腔腔長等對激光輸出的影響,分析了出射激光的穩(wěn)定性等。再次,為了獲得線寬更窄、光信噪比更高的激光輸出,設(shè)計(jì)并制備了窄帶寬的雙波長D-SIFBG和雙波長摻鉺D-SIFBG,分別用這兩種光柵構(gòu)成線形腔EDFL,實(shí)驗(yàn)分別研究了這兩種激光器的輸出特性,包括泵浦功率、諧振腔長度對出射激光功率等的影響,出射激光的中心波長和輸出功率的穩(wěn)定性以及出射單/雙波長激光的波長可切換、可調(diào)諧輸出特性等。最后,分析了多波長D-SIFBG的特性;實(shí)驗(yàn)研究了基于多波長D-SIFBG的單波長可調(diào)諧EDFL的輸出特性,分析了激光器的單波長可調(diào)諧激光輸出特性,分析了激光器的輸出穩(wěn)定性等。本文對基于不同光纖疊柵的EDFL的特性進(jìn)行了較為深入的研究,能夠?yàn)榭烧{(diào)諧EDFL向小型化、集成化方向發(fā)展提供有價值的參考。
[Abstract]:Multi-wavelength, tunable fiber laser can provide multiple wavelength laser output at the same time, and can realize single / multi-wavelength laser switching, tunable output, in optical fiber communication system, optical fiber sensing system, Dense wavelength Division Multiplexing (DWDM) systems are widely used in many fields. The miniaturization and integration of multi-wavelength tunable fiber lasers have become the trend in the future. Fiber stacked gate (SIFG) is a compact grating device with the flexibility of wavelength spacing, reflectivity, sensitivity to temperature and strain response, and is conducive to the integration of fiber lasers. Therefore, the study of tunable erbium-doped fiber laser (EDFL) based on fiber stacked gate is of great theoretical value and practical significance. On the basis of summarizing the technology and research status of multi-wavelength and tunable EDFL, the reflection spectrum characteristics of fiber Bragg stacked gate (SIFBG) are analyzed by coupling mode theory, and the working principle of multi-wavelength linear cavity EDFL is studied. The output characteristics of tunable EDFL based on SIFBG and chirped (CFBG) and tunable EDFL based on D-SIFBG (Double-SIFBG) are studied experimentally. The main contents of this paper are as follows: firstly, based on the coupled mode theory, the characteristics of fiber SIFBG are deeply studied under the condition that the fiber grating satisfies the resonant coupling. The reflectance spectra of SIFBG with different output linewidth and output wavelength interval are numerically simulated, and the uniform gain characteristics of erbium-doped fiber are analyzed, and the important parameters of linear cavity EDFL, such as population inversion, gain, are studied emphatically. The constraints of threshold, output power and slope efficiency of the laser are analyzed, and the mode competition of EDFL and the stable oscillation conditions of multi-wavelength EDFL are analyzed. Secondly, the working principle of EDFL is studied based on Giles model, and the structure of fiber laser with simple structure, small size and few components is designed, and the structure of fiber laser with multi-wavelength SIFBG and CFBG is designed. The single / double wavelength switchable and tunable laser output characteristics of tunable EDFL based on dual wavelength SIFBG and CFBG, and the single / one double / three wavelength switchable of tunable EDFL based on three wavelength SIFBG and CFBG are studied respectively. The effects of pump power and cavity length on laser output and the stability of the output laser are analyzed. Thirdly, in order to obtain the laser output with narrower linewidth and higher optical signal-to-noise ratio, A narrow bandwidth dual-wavelength D-SIFBG and a dual-wavelength erbium-doped D-SIFBG are designed and fabricated. The two gratings are used to form the linear cavity EDFLs respectively. The output characteristics of the two kinds of lasers, including pump power, are studied experimentally. The influence of the cavity length on the output laser power, the stability of the center wavelength and output power of the output laser, the wavelength switchability and tunable output characteristics of the single / double wavelength laser, etc. Finally, the characteristics of multi-wavelength D-SIFBG are analyzed, the output characteristics of single-wavelength tunable EDFL based on multi-wavelength D-SIFBG are experimentally studied, the output characteristics of single-wavelength tunable laser are analyzed, and the output stability of laser is analyzed. In this paper, the characteristics of EDFL based on different fiber stacked gates are studied in depth, which can provide a valuable reference for the development of tunable EDFL in the direction of miniaturization and integration.
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN248

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本文編號：2177269