2μm波段光纤放大器的特性研究

发布时间：2019-07-11 17:16

【摘要】：光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、散热好等特点,受到人们的广泛关注。掺铥(Tm3+)光纤激光器的光谱可调谐范围宽,其中2μm波段可广泛应用于激光医学、眼睛安全的近距离遥感、军事等领域。光纤放大器由于传输功率高,纤芯截面小等原因容易产生受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)等非线性效应。一些特殊领域,如非线性频率转换需进行单频放大,2μm波段单频拉曼光纤放大器(SF-RFA)输出特性受泵浦功率、光纤长度、信号光种子功率等因素影响,尤其是SBS效应限制了SF-RFA输出功率提升。本文研究了2μm波段SF-RFA的相关理论及其输出特性,对其中的SBS效应进行了系统的数值仿真,并对单波长线形腔掺Tm3+光纤激光器和放大器进行了实验研究,主要工作包括： (1)研究了SF-RFA的基础理论。主要从拉曼光纤放大器基本原理、拉曼光纤放大器特性、拉曼光纤放大器分类以及SF-RFA中的SBS效应四个方面进行理论研究。 (2)定量分析了影响2μm波段SF-RFA输出特性的因素。建立了考虑SBS效应的非线性数学模型,利用龙格-库塔法和牛顿迭代法联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软件进行仿真,系统分析了泵浦功率、光纤长度、信号光种子功率等因素对2μm波段SF-RFA输出特性的影响。数值仿真结果表明：泵浦功率越高,放大器输出功率和SBS功率越大,但为防止过高的SBS功率影响放大器性能,应避免采用过高的泵浦功率。在泵浦功率100W以内,较长的光纤对应于较高的输出功率、SBS功率和放大器转换效率。适当增加信号光种子功率可以有效增大输出功率和放大器转换效率,同时可以减少SBS功率。 (3)搭建了单波长线形腔掺Tm3+光纤激光器和放大器实验系统。实验测出全光纤掺Tm3+激光种子光的中心波长为1941.4nm,信噪比约为54dB。并在对激光进行持续检测的100分钟内,所测得的激光中心波长漂移量小于0.01nm,激光器的峰值功率抖动小于0.7dB。当掺Tm3+放大器的泵浦功率达到2.15W时,激光的输出功率可以达到0.778W。
文内图片：

图片说明：通过将一个均衡器加入到传输光纤中间，来破坏环路增益，，达到减少瑞利散射噪声的效果。如下图2.3，图中显示了 RFA中接头间的二次反射和双瑞利散射两种多径干涉过程。由于双向瑞利散射的光场是在信号输入端一侧产生的，并且在之后的光纤传输过程中会产生很大的衰减，因此懫用正向菜浦方式能够有效抑制双瑞利散射效应。信号光在光纤传输中经历的两次瑞利散射称为双向瑞利散射，其到达输出端后会产生多径干扰。信号光二次反射光放大的信号光光纤 ——.^ 一 /- ^ ..-■■■ ..... / ..................... ............... ............ ....接头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头2(a)信号光二次散射光放大的信号光 i ^ ：：：：：^ 光纤 ~ ......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)图2.3接头间二次反射(a)与双瑞利散射(b)多径干涉噪声产生过程示意图Fig. 2.3 A diagram of the process of Multiple-path interference noise of the joints the secondaryreflector and a double Rayleigh scattering(3)串话噪声RFA中主要有两种串话噪声：一种是由于粟浦光源的波动导致的粟浦-信号间串话；另一种是由于粟浦源对多个信道同时进行放大，从而
文内图片：单波长线形腔掺铥光纤放大器的实验装置图

图片说明： 4.1实验装置图4.1为自行搭建的掺Tm3+光纤激光器及放大器的实验装置图。放大器前端为自行搭建的全光纤线形腔激光器。掺Tm3+光纤激光器使用的菜浦源为1550mn单模半导体激光器，1550mn粟浦激光首先通过光纤放大器进行放大，然后再经由波分复用器(WDM)注入单模掺Tm3+增益光纤，粟浦源半导体激光器的最大输出功率为5dBm。其中，使用的1550/2000nm WDM的1550mn端口消光比大于25dB，2000nm端口的消光比约为22dB。粟浦光通过WDM的1550nm端口壀合进入谐振腔内后来回振荡，激发掺Tm3+光纤中的Tm3+离子翻转，产生2^un波段激光。单模掺Tm3+增益光纤(Nufem)的长度为Im
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN722;TN248

【参考文献】