基于新材料与新技术的光纤激光器研究

发布时间：2017-12-24 20:05

  本文关键词：基于新材料与新技术的光纤激光器研究　出处：《北京交通大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着材料科学与微电子技术的发展,对各种有机非线性光学材料和大规模光学集成(Opto-VLSI)芯片及其在电光器件、光学信号处理、多波长可调谐激光器与激光锁模技术等方面的应用技术研究成为近年来光电子学领域的重要研究课题,具有十分广阔的研究与发展空间。进入21世纪以来,随着密集波分复用(DWDM)、Tbit/s级全光正交频分复用(AO-OFDM)超信道技术等大容量光传输技术的迅速发展,对各种多波长激光器和激光锁模技术的研究受到了通信技术领域的高度重视。本文在对有机非线性光学材料合成与薄膜制备技术进行研究的基础上,对基于有机非线性光学材料和硅基液晶(LCoS)大规模光学集成芯片的被动锁模光纤激光器、可调谐光纤激光器和多波长光纤激光器进行了深入的理论分析和实验研究,取得的主要研究成果有：(1)有机非线性复合薄膜的制备及其光学特性的研究。采用主客掺杂法,将聚酰胺酸与有机化合物进行溶液混合,得到有机复合溶液。提出并实现了一种采用梯度升温将复合溶液热亚胺化成膜的有机薄膜制备方法。设计合成了三类新型有机非线性复合薄膜：苯并噻唑-咔唑衍生物／聚酰亚胺薄膜、二茂铁衍生物／聚酰亚胺薄膜和碳纳米材料／聚酰亚胺薄膜。通过紫外-可见分光光度计和透射光谱法研究了三类薄膜的线性光学特性,在此基础上,采用Z扫描技术研究了三类薄膜的三阶非线性光学特性,为设计合成具有更高非线性特性的有机光学材料以及相关光电子器件的制备提供了参考和依据。(2)基于饱和吸收体的被动锁模光纤激光器的理论与实验研究。以光纤中光信号传输的非线性薛定谔方程、掺铒光纤放大器的行波速率方程以及有源介质中的随机自发辐射模型等物理模型为基础,建立了较为完备的基于饱和吸收体的被动锁模光纤激光器的理论模型；应用迭代的对称分步傅里叶方法和行波模型数值模拟了环形腔锁模光纤激光器内的脉冲形成过程,并分析了激光谐振腔内各设计参数对输出脉冲特性的影响。在此基础上,将碳纳米材料／聚酰亚胺薄膜置于两个光纤头中间构成了三明治结构锁模器件,插入环形腔内构成了基于碳纳米材料／聚酰亚胺薄膜的被动锁模光纤激光器,实现了脉冲宽度为1.76ps、谱宽为2m的超短脉冲输出。(3)基于锥形光纤的光纤激光器的研究。采用熔融拉锥系统制备不同直径的锥形光纤,运用Origin软件拟合得出了锥形光纤半径随拉伸长度的变化关系。运用RSoft公司的BeamPROP模块对不同直径锥形光纤的传输特性进行了模拟,同时用ASE Optical Source作为输入光源,选取1520nm-1620nm波段,测量了不同直径锥形光纤的传输特性。将锥形光纤接入环形腔,构成了基于锥形光纤的光纤激光器,通过偏振控制器改变光的偏振态,实现了1563.828nm-1565.444nm范围内的波长可调谐以及1.48nm间隔的双波长输出。(4)基于波长选择开关的多通道可调谐光纤激光器的研究。对基于硅基液晶空间光调制器(LCoS-SLM)的可编程波长选择开关光学滤波技术进行了研究,实现了基于LCoS-SLM的1×32端口波长选择开关可调谐滤波器。在此基础上,结合1×32光纤分束器,研制了多通道可调谐光纤激光器,在1530nm～1560nm的铒光纤增益谱范围内,实现了32通道的连续可调谐激光输出。(5)基于马赫-曾德尔滤波器(M-Z)和LCoS-SLM可调谐滤波器的多波长光纤激光器的研究。结合非线性偏振旋转效应,利用M-Z滤波器,研制了基于M-Z滤波器的多波长光纤激光器,实现了边模抑制比为48dB的27波长稳定激光输出；同时,利用基于LCoS-SLM的可调谐滤波器,研制了基于LCoS-SLM可调谐滤波器的多波长光纤激光器,在1530nm-1560nm范围内,实现了波长间隔分别为0.8nm、 1.6nm、2.4nm、3.2nm、4nm的二波长、三波长和四波长激光输出,并且波长位置以0.8nm为间隔的连续可调谐多波长激光输出的边模抑制比可达53dB。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
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本文编号：1329762