L波段宽谱掺铒光纤光源研究

发布时间：2020-05-20 04:10

【摘要】：掺铒光纤光源具有高功率、平均波长稳定性好、谱宽和寿命长等优势,被视为高精度光纤陀螺仪的理想光源。目前,大多掺铒光纤光源处于C波段,由于C波段光纤光源会产生高斯峰从而限制了光谱的带宽,必须通过额外的拓展技术来平坦化光谱。L波段掺铒光纤光源具有平坦的光谱输出,3dB带宽可以达到近40nm,这有利于消除光纤陀螺仪中由瑞利背向散射、克尔效应等引起的非互易性相位噪声。本文旨在设计一种产生L波段宽谱光纤光源的方案,以满足光纤陀螺仪的要求。本文详细地介绍了掺铒光纤光源发光机理和物理模型,通过仿真预测泵浦功率、掺铒光纤长度和反射镜的反射率对输出光源光谱形状、功率、3dB带宽以及平均波长的影响。设计了恒流电路和温控电路来保证泵浦源输出功率的稳定性,在全温度范围内电流变化了 0.05mA,温度变化系数为0.5ppm/℃,温度在-40℃～+50℃变化时,激光器内部工作温度变化了 0.3℃。接下来构建了三种不同的结构产生L波段光纤光源,包括单级双程前向结构,单级带吸收铒纤的双程后向结构和双级双程前向结构。第一种结构输出光源功率为0.103mW,3dB带宽为36.4nm,平均波长为1584.9nm。第二种结构输出光源功率0.128mW,平均波长为1583.7nmm,3dB带宽为38.2nm,特别地第一段掺铒光纤采用低浓度掺杂光纤可得到光源输出功率为0.157mW,平均波长为1583.6nm,3dB带宽大小为35.4nm。第三种结构输出光功率为1.502mW,3dB带宽为37.6nm,平均波长为1585.5nm。最后将第三种结构产生的光纤光源应用于光纤陀螺中,测度零漂为0.358°/h。
【图文】：

示意图,基本结构,示意图,包层

光纤是光导纤维的简称，是一种利用光在坡璃或塑料制成的纤维中的全反射逡逑原理而形成的光波导。其具有频带宽、损耗低、抗干扰能力强、重量轻等特点。逡逑光纤结构一般为三层同轴圆柱体，如图２．１所示。由内向外由纤芯、包层、涂覆逡逑层三部分组成。纤芯的折射率高，是光波的传导介质，其材料主要成分是含量高逡逑达９９．邋９９９％的二氧化硅（Ｓｉ０２），掺杂少量的其他材料如二氧化锗（Ｇｅ０２）以提高纤逡逑芯折射率，直径约为２＿２００ｕｍ，包层为掺杂微量三氧化二硼（Ｂ２０３）的二氧化硅，逡逑为了降低包层折射率，直径约为１２５＿４００ｕｍ，主要作用是限制光强在纤芯中传输。逡逑涂覆层起到防止外界污染和保持机械强度和损耗长时间稳定等作用。逡逑徐覆层逦包层邋奸芯逡逑ｒ＾ｒｉ＾Ｔ逡逑图２．１光纤的基本结构示意图逡逑７逡逑

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浙江大学硕士学位论文逦掺铒光纤光源理论基础逡逑纤的数值孔径越大，光越容易耦合到光纤中。掺铒光纤的ＮＡ太小时会抑制泵浦逡逑光的耦合效率。生产厂商根据不同的应用生产的光纤数值孔径也不相同，低数值逡逑孔径的掺铒光纤可用于产生高增益和高输出功率的ＡＳＥ光源，高数值孔径可以减逡逑小掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）系统的噪声。逡逑４，掺铒光纤吸收和增益：Ｆｉｂｅｒｃｏｒｅ公司的１２５（９８０／１２５）型号的光纤吸收谱和增逡逑益谱如图２．２所示。由图２．２可以看出增益谱线很宽，且具有峰值，波长范围在逡逑１５５０ｎｍ左右，，１５５０ｎｍ是光纤通信的主要窗口，在此波段传输光的损耗很低。逡逑掺铒光纤的增益范围大约在１５２０－１６２０ｎｍ之间，涵盖了邋Ｃ、Ｌ两个波段。峰值吸逡逑收波长指的就是吸收效率最大的波长，主要是１５３０ｎｍ附近。逡逑３３．３３邋逦逦逦逦逦逦逦逦逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

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