基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光研究

发布时间：2017-07-31 08:15

  本文关键词：基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光研究

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【摘要】：光纤随机激光器是一种新型激光器,基于随机分布光栅阵列的稀土光纤激光器是该种激光器中重要的一类。该种激光器具有激射阈值低,激射线宽窄,所需光纤长度短等优点。但由于光栅阵列中产生多个局域化模式,由于模式竞争,其时域特性不稳定,会产生模式跳变。因此,该种激光器的输出特性,尤其是实现单模激光输出及其模式调控是当前亟需研究的问题。本文中,我们提出了一种通过对随机光栅阵列不同位置加热的方法,来控制掺铒随机光纤激光器激射模式的方法。此外,我们引入了一个点式反射镜来优化激光输出特性。实验结果显示,通过对不同位置加热可选出几个不同的稳定的激射模式。本文为控制随机激光模式器提供了一种动态灵活的方法。依赖位置变化的模式选择机制在信息光学的激光模式转换中也存在潜在应用。本文的主要工作如下:首先,利用矩阵传输方程获得单个光纤光栅的传输矩阵和反射率表达式;通过Giles速率方程获得增益与泵浦的关系,由此建立EDF增益系统的仿真模型;利用豫驰法来解决边界条件不充分的问题,实现了写入光栅阵列的掺铒光纤激光器输出的仿真。结果能够反映随机激光器的输出特性,例如不同位置加热时,输出频谱等等,且仿真结果能与实验结果相吻合。其次,我们将一系列的光栅和掺铒光纤段的传输矩阵相乘得到总传输矩阵的方法,对光栅阵列的反射透射谱进行了仿真。同时,我们测得了光栅阵列的实际反射透射谱,并将仿真与实验结果进行了对比。之后,我们实验实现了基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤激光器,利用对无序光栅阵列特定位置加热的方法控制激射模式。无序光纤光栅阵列同时充当增益介质和分布反射镜,该光栅阵列与可调反射镜一起形成激光器。在反射镜反射率从4%增至50%时,多模相干随机激射阈值由10 mW降至7.5mW,泵浦效率由13%增至19%。为得到特定激射模式,对光栅阵列的特定位置进行加热,使该光栅中心波长发生漂移从而不同于其他光栅的中心波长,因此可形成不同的谐振腔,可以通过改变加热点位置控制激光输出模式。通过控制加热位置,除可以实现单峰稳定输出外,还可以实现稳定的双峰激射,这意味着通过定点加热控制可以实现对类似随机激光结构的输出谱的设计。
【关键词】：光纤激光器 随机激光 随机光纤光栅阵列 模式控制 掺铒光纤
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 缩略词表12-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 光纤随机激光器研究背景与意义13-14
• 1.2 基于随机分布光栅阵列的光纤激光器的研究现状和发展态势14-16
• 1.3 论文的主要工作16
• 1.4 本论文的结构安排16-18
• 第二章 基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光器的原理18-27
• 2.1 传统激光器工作原理18-20
• 2.1.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收18-19
• 2.1.2 形成激光的三个条件19-20
• 2.2 光纤激光器的基本结构原理20-23
• 2.3 随机激光器与随机光纤激光器23-25
• 2.4 基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光器的原理25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光器理论仿真27-41
• 3.1 光纤布拉格光栅的理论模型27-30
• 3.1.1 光纤布拉格光栅概述27-28
• 3.1.2 耦合模理论与传输矩阵28-30
• 3.2 掺铒光纤放大的理论模型30-32
• 3.2.1 掺铒光纤能级结构及其理论模型30-32
• 3.3 基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光器的理论仿真32-40
• 3.3.1 掺铒光栅阵列激光器的理论仿真模型与边界条件33-36
• 3.3.2 部分仿真结果分析36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 基于随机分布光栅阵列的掺铒光纤随机激光研究41-56
• 4.1 实验原理41-46
• 4.1.1 实验装置42-43
• 4.1.2 掺铒光纤光栅阵列的制作及其特性分析43-46
• 4.2 输出特性46-54
• 4.2.1 自由运行时激光输出特性46-49
• 4.2.2 加热控制后的激光输出特性49-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 全文总结与展望56-58
• 5.1 全文内容总结56-57
• 5.2 后续工作展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间取得的成果64-65

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本文编号：598183