新型无源复合谐振腔滤波及其单纵模光纤激光器应用研究
发布时间：2021-11-21 23:55
随着激光技术的逐渐成熟与发展,单纵模（SLM）光纤激光器由于其在光纤传感、激光雷达、微波光子学、光学原子钟等领域具有极大的潜在应用,被广大学者深入研究。目前,SLM光纤激光器的研究热点之一为实现激光的超窄线宽、单/双/多波长可切换、波长可调谐/扫描等多性能输出。本文是基于新型无源复合谐振腔滤波及其单纵模光纤激光器应用展开的工作,主要创新点和研究内容包含:1.对级联和嵌套型无源复合谐振腔滤波器进行了理论建模及仿真分析,其涉及到的仿真方法包括常规的基于传输矩阵的研究方法以及自动控制理论中基于信号流程图的研究方法。对两种结构均详细分析了不同参数下的透射谱变化规律。通过对其自由光谱范围和半高全宽等主要参数研究发现,在给出的两类复合谐振腔滤波器中,嵌套型“8”字腔滤波器结构的滤波效果具有明显的优势。2.研制了一种基于“8”字腔滤波器的四波长可切换及可调谐SLM光纤激光器。结合激光器主腔特性和级联保偏光纤光栅（PM-FBG）反射谱特性,以SLM激光实现为目标,对“8”字腔滤波器进行了理论研究与实验制作。首次将45度轴偏差熔接的级联PM-FBG作为四通道波长初定滤波器用于多波长可切换光纤激光器中,通...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
短腔法选择SLM原理(a)工作物质增益谱；(b)谐振腔纵模；(c)选出的纵模传统的基于线型腔和环型腔的SLM光纤激光器[89-91]需要一个复杂而昂贵的超窄带
河北大学硕士学位论文10滤波器来选择SLM，成本高；且由于腔长比较长，导致其稳定性较差，斜率效率低；在使用DBR腔和线性腔的EDFL中，驻波效应引起的空间增益烧孔也是不可避免的。基于复合腔结构[92,93]的线型、环型和混合型SLM光纤激光器。多环复合腔(MR-CC)是一种简单的用于SLM工作的光纤激光器配置，通常由提供增益的主环腔(MRC)和一个或多个作为滤波器选择SLM的无源子环腔组成。本课题组[56,58,61,73,76]和其他组[21,64,92,93]已经广泛研究了由单个2×2光耦合器（单耦合器环SCR）、两个2×2耦合器（双耦合器环DCR）、三个嵌套耦合器和级联或嵌套SCR/DCR以及四个2×2耦合器（双耦合器复合环DCR-CC）制成的基于环型腔的滤波器的模式选择能力。图2-2为简单的复合腔结构示意图，根据游标效应定性分析可知，该结构的纵模间隔为=,223cnLL相比于非复合结构，其可以增加激光器的FSR，能在不使用其他超窄带滤波器件的条件下完成激光器的SLM运行，由于复合腔中使用的均为普通单模光纤和单模光纤耦合器，制作成本低，而且通过合理设计复合腔的结构参数，可以在长有源主腔中实现线宽压窄效果。然而，由于具有MR-CC结构的激光器腔长比较长，导致其长时间稳定性比较差，但是能够对其进行一定的温控和隔振来优化此不足。图2-2复合谐振腔示意图综上，使用复合腔结构实现SLM运行的激光器与其他方法相比操作性强，成本较低而且能有效压窄线宽，更符合未来的应用需求和发展。2.3保偏光纤光栅图2-3为普通FBG的工作原理结构图。其中，为光栅周期，其包含一个高折射率区（深色部分）和一个低折射率区（浅色部分）。当入射光进入FBG后，从纤芯经过折射率调制后对满足布拉格条件的波长B有反射作用，余下的光全部透射过去。
第二章可切换和可调谐单纵模光纤激光器实现原理11图2-3FBG的结构示意图令布拉格波长B处的反射率为BR，反射带宽为B，可由FBG长度L和折射率改变量n表示为：2tanhBBLnR(2.1)22B2BcoreBLnnL(2.2)式中，2Beffn是布拉格波长[94]，12effcorennn是光纤传播模式的有效折射率，coren是纤芯的折射率，是在纤芯中的传播光的比例。FBG长度L或者n增大，能够得到高反射率的FBG。由于PMF存在高双折射，即在两个偏振方向（x方向和y方向）上的effxn和effyn不同，在PMF上写入FBG后形成有两个反射波长的FBG，且反射谱的光偏振方向互相垂直。因此其峰值反射波长在x轴和y轴不同，两者间隔为：2yxBBBeffyeffxnn(2.3)将PM-FBG当做由x轴和y轴分别写入FBG，又由公式(2.1)，令：22xeffxeffnn(2.4)22yeffyeffnn(2.5)effkVn(2.6)式中，V为泊松比。因此能够获得PM-FBG的反射谱表达式[95]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tunable and switchable dual-wavelength erbium-doped fiber laser based on in-line tapered fiber filters[J]. 童峥嵘,杨贺,曹晔. Optoelectronics Letters. 2016(04)
[2]Single-/dual-wavelength switchable and tunable compound-cavity erbium-doped fiber laser with super-narrow linewidth[J]. 冯亭,延凤平,刘硕. Optoelectronics Letters. 2016(02)
[3]多孔硅基微型Bragg光学传感器的理论和应用研究[J]. 张冉,李丹鹤. 工业技术与职业教育. 2014(02)
[4]Switchable dual-wavelength fiber ring laser featuring twin-core photonic crystal fiber-based filter[J]. Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2014(02)
[5]基于反馈光纤环的双波长单纵模光纤激光器[J]. 曹晔,贾国强,赵军发,童峥嵘. 光电子.激光. 2013(05)
[6]Eye-safe,single-frequency pulsed all-fiber laser for Doppler wind lidar[J]. 刘源,刘继桥,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2011(09)
[7]光栅辅助的光纤谐振环反射特性研究[J]. 李卫彬,孙军强. 光学学报. 2009(06)
博士论文
[1]MOPA光纤激光系统放大级增益光纤特性与高质量种子源关键技术研究[D]. 冯亭.北京交通大学 2015
本文编号：3510510
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
短腔法选择SLM原理(a)工作物质增益谱；(b)谐振腔纵模；(c)选出的纵模传统的基于线型腔和环型腔的SLM光纤激光器[89-91]需要一个复杂而昂贵的超窄带
河北大学硕士学位论文10滤波器来选择SLM，成本高；且由于腔长比较长，导致其稳定性较差，斜率效率低；在使用DBR腔和线性腔的EDFL中，驻波效应引起的空间增益烧孔也是不可避免的。基于复合腔结构[92,93]的线型、环型和混合型SLM光纤激光器。多环复合腔(MR-CC)是一种简单的用于SLM工作的光纤激光器配置，通常由提供增益的主环腔(MRC)和一个或多个作为滤波器选择SLM的无源子环腔组成。本课题组[56,58,61,73,76]和其他组[21,64,92,93]已经广泛研究了由单个2×2光耦合器（单耦合器环SCR）、两个2×2耦合器（双耦合器环DCR）、三个嵌套耦合器和级联或嵌套SCR/DCR以及四个2×2耦合器（双耦合器复合环DCR-CC）制成的基于环型腔的滤波器的模式选择能力。图2-2为简单的复合腔结构示意图，根据游标效应定性分析可知，该结构的纵模间隔为=,223cnLL相比于非复合结构，其可以增加激光器的FSR，能在不使用其他超窄带滤波器件的条件下完成激光器的SLM运行，由于复合腔中使用的均为普通单模光纤和单模光纤耦合器，制作成本低，而且通过合理设计复合腔的结构参数，可以在长有源主腔中实现线宽压窄效果。然而，由于具有MR-CC结构的激光器腔长比较长，导致其长时间稳定性比较差，但是能够对其进行一定的温控和隔振来优化此不足。图2-2复合谐振腔示意图综上，使用复合腔结构实现SLM运行的激光器与其他方法相比操作性强，成本较低而且能有效压窄线宽，更符合未来的应用需求和发展。2.3保偏光纤光栅图2-3为普通FBG的工作原理结构图。其中，为光栅周期，其包含一个高折射率区（深色部分）和一个低折射率区（浅色部分）。当入射光进入FBG后，从纤芯经过折射率调制后对满足布拉格条件的波长B有反射作用，余下的光全部透射过去。
第二章可切换和可调谐单纵模光纤激光器实现原理11图2-3FBG的结构示意图令布拉格波长B处的反射率为BR，反射带宽为B，可由FBG长度L和折射率改变量n表示为：2tanhBBLnR(2.1)22B2BcoreBLnnL(2.2)式中，2Beffn是布拉格波长[94]，12effcorennn是光纤传播模式的有效折射率，coren是纤芯的折射率，是在纤芯中的传播光的比例。FBG长度L或者n增大，能够得到高反射率的FBG。由于PMF存在高双折射，即在两个偏振方向（x方向和y方向）上的effxn和effyn不同，在PMF上写入FBG后形成有两个反射波长的FBG，且反射谱的光偏振方向互相垂直。因此其峰值反射波长在x轴和y轴不同，两者间隔为：2yxBBBeffyeffxnn(2.3)将PM-FBG当做由x轴和y轴分别写入FBG，又由公式(2.1)，令：22xeffxeffnn(2.4)22yeffyeffnn(2.5)effkVn(2.6)式中，V为泊松比。因此能够获得PM-FBG的反射谱表达式[95]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tunable and switchable dual-wavelength erbium-doped fiber laser based on in-line tapered fiber filters[J]. 童峥嵘,杨贺,曹晔. Optoelectronics Letters. 2016(04)
[2]Single-/dual-wavelength switchable and tunable compound-cavity erbium-doped fiber laser with super-narrow linewidth[J]. 冯亭,延凤平,刘硕. Optoelectronics Letters. 2016(02)
[3]多孔硅基微型Bragg光学传感器的理论和应用研究[J]. 张冉,李丹鹤. 工业技术与职业教育. 2014(02)
[4]Switchable dual-wavelength fiber ring laser featuring twin-core photonic crystal fiber-based filter[J]. Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2014(02)
[5]基于反馈光纤环的双波长单纵模光纤激光器[J]. 曹晔,贾国强,赵军发,童峥嵘. 光电子.激光. 2013(05)
[6]Eye-safe,single-frequency pulsed all-fiber laser for Doppler wind lidar[J]. 刘源,刘继桥,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2011(09)
[7]光栅辅助的光纤谐振环反射特性研究[J]. 李卫彬,孙军强. 光学学报. 2009(06)
博士论文
[1]MOPA光纤激光系统放大级增益光纤特性与高质量种子源关键技术研究[D]. 冯亭.北京交通大学 2015
本文编号：3510510
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