基于布里渊效应的随机光纤激光器研究

发布时间：2020-04-29 09:50

【摘要】：随机光纤激光器是一种新型的光纤激光器,在光纤通信、光纤传感与工业加工领域有着广阔前景。本文基于掺饵光纤的增益特性、光纤中的受激布里渊(SBS)效应和瑞利散射(RS)效应实现了两种不同结构的双端泵浦混合腔随机光纤激光器。包括一种基于SBS的双波长随机光纤激光器(DW-BRFL),和一种基于SBS的多波长随机光纤激光器(MW-BRFL)。本文涉及的主要研究内容如下:1、首先基于掺杂光纤增益特性模型,建立双端泵浦线型腔抽运公式。从而引出后面有关窄线宽激光器和随机激光器的模型建立和仿真优化。研究了掺杂元素离子浓度大小和掺杂光纤长度对掺杂光纤为增益介质的激光器性能的影响。分析随着泵浦功率变化,选择不同掺杂浓度以及光纤长度时,谐振腔内能级粒子变化,仿真模拟相应的阈值、输出功率、斜率效率等激光输出特性。得到本文窄线宽激光器所用掺饵光纤最佳长度为1 m。同样分析了利用纤布拉格光栅法布里-珀罗(FBG F-P)作为激光腔镜来得到窄线宽激光输出的理论原理。2、建立了DW-BRFL内泵浦光与Stokes光的相互作用物理模型,并进行理论仿真。搭建了基于SBS效应的窄线宽DW-BRFL系统,该系统的线型腔由1 m高浓度掺铒光纤(EDF)和一对中心波长为1550nm、反射率为80%的FBG F-P组成,10 km单模光纤(SMF)作为随机腔增益介质,实现了布里渊随机激光器(BRLs)。在两个980 nm激光二极管(LD)双向抽运下,从同一端口获得两个波长分别为1549.612 nm和1549.70 nm的窄线宽激光器,其阈值分别为30 mW和150 mW,测得的线宽分别为~586.2 Hz和~578.2 Hz。它不仅具有极窄的线宽还具有较高的平稳度,2 h时间段内(35)RMS(28)0.1226%,1 h内波峰最大差异值仅为0.5312 dB。3、设计了一种新型的窄线宽多波长布里渊随机光纤激光器(MW-BRFL)。该激光器采用了混合腔结构,由线型腔和半开放随机腔组成,将随机光纤激光器与Brillouin激光器结合。分析了MW-BRFL产生随机激光的原理,并建立了功率耦合方程。然后搭建MW-BRFL实验系统,使用10 km和20 km单模光纤(SMF)作为SBS增益介质分别得到了稳定的五阶和六阶Stokes光输出,波长间隔为0.088nm。通过在MW-BRFL输出端增加光纤环反射镜,使输出稳定的性能得以提升,在SBS增益介质为20 km SMF时得到具有大于50 dB的超高光学信噪比和0.143dB的最佳峰值功率差异的随机激光输出。
【图文】：

稀土离子增益带宽示意图

铒粒子能级跃迁示意图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248

【参考文献】

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本文编号：2644446