分布反馈光纤激光器的研究与放大优化

发布时间：2018-04-30 07:56

本文选题：分布反馈光纤激光器(DFB-FL) + 窄线宽　；参考：《山东大学》2015年硕士论文

【摘要】：光纤激光器及放大器是近几年新兴的有源光纤器件,在很多领域都有广泛的应用。例如光纤通信、光纤传感、国防、医疗、测距等等。其中,利用光纤放大产生激光的窄线宽光纤激光器,具有线宽窄、噪声低、功率高、体积小、结构简单、可控性强和输出频谱特性好等优点,成为了光纤激光器发展的一个重要方向。分布反馈光纤激光器(DFB-FL),可以输出窄线宽、高干涉、低噪声的激光,是窄线宽光纤激光器的一个重要的分支,在光纤通信和光纤传感领域都有重要的应用。因此对DFB-FL以及后续光纤放大器的分析和研究很有意义。DFB-FL属于线型腔光纤激光器,其构成方法是在一段掺杂光纤上直接写入一个π相移光栅。其谐振腔的长度很短,都在厘米量级,易于大规模组阵复用。但是DFB-FL输出激光的功率却偏低,所以在实际应用中,激光器输出的激光还需要进一步的放大。因此,一般DFB-FL后会搭配光纤放大器一起使用。根据材料的不同,光纤放大器可分为稀土掺杂光纤放大器、非线性光学型光纤放大器、晶体光纤放大器、塑料光纤放大器等。随着光纤通信的发展,尤以稀土掺杂光纤放大器的应用最为广泛、使用最为便捷。在稀土掺杂光纤放大器中,掺铒光纤放大器(EDFA)的发展十分迅速,主要有两个原因：第一,EDFA具有许多优点,例如高增益、低噪声、高输出功率、宽带宽、连接损耗低和偏振不敏感等等；第二,其工作波长可覆盖光纤通信的最佳窗口,可对C波段(1530-1565nm)及L波段(1570-1610nm)的光信号进行放大。在不同的系统中,对EDFA的要求也是不一样的,但是通常都要求EDFA具有高增益、高输出功率、低噪声等特性。然而使这三个特性同时达到最佳值很困难,所以EDFA还有很大的研究发展空间,EDFA的设计和优化有很大的意义。本论文主要对DFB-FL的特性和EDFA的性能都进行了理论分析,并针对DFB-FL设计了EDFA,而且主要从铒纤长度上对EDFA进行了优化。最后提出了一种单个泵浦源同时进行激光发射和放大的DFB光纤激光器设计。本文的主要研究内容如下：1.介绍了DFB-FL工作的基本原理并进行了理论分析。并且对DFB-FL的谐振腔——光纤光栅进行了详细的介绍和分析。而且设计了两种非对称结构DFB-FL。2.对DFB-FL的特性进行了研究,从光谱特性、激光强度、输出功率和线宽四个方面对DFB-FL进行了全面的分析。并且从相移位置、折射率调制深度等方面分析了非对称相移光栅的特性。3.对EDFA的工作原理进行了理论分析,详细分析了铒离子的能级结构,并根据能级跃迁模型分析了速率方程和传输方程以及它们的解析方法。4.对EDFA的特性进行了模拟分析,对比了几种常用的EDFA结构,寻找最适合本论文中DFB-FL的EDFA。对掺铒光纤的长度进行了优化的设计,以达到EDFA性能优化的目的。5.最后通过实验,测试不同长度和不同组合方式的掺铒光纤的放大效果。分析实验结果,找到铒纤的最佳长度,设计出最适合DFB-FL光放大的EDFA。
[Abstract]:DFB - FL has many advantages such as high gain , low noise , high output power , wide bandwidth , low connection loss and insensitive polarization .
In this paper , the characteristics of DFB - FL are analyzed theoretically , and the design and optimization of DFB - FL are discussed in detail .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

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