基于非線性效應的1550nm及2μm光纖激光器研究.pdf

1、光纖激光器是現(xiàn)代光子學研究中的一項重要技術，在社會生產(chǎn)生活的各個方面有著廣泛的應用。得益于光纖通信網(wǎng)絡、光纖傳感、光學微波產(chǎn)生等應用的大量需求，1550nm通信波段的光纖激光器技術日趨成熟。中紅外2μm波段作為“人眼安全”的波段，憑借著在包括氣體傳感、新一代光通訊網(wǎng)絡、醫(yī)療手術、氣象監(jiān)測、風速測量、新波長產(chǎn)生、軍事科技、材料加工等領域的豐富應用亦引起了人們的極大興趣，2μm波段的光纖激光器技術也逐漸成為研究的熱點之一。針對現(xiàn)有及下一代光

2、纖通信網(wǎng)絡、氣體傳感系統(tǒng)等應用對光源的需求，本文主要研究了包括1550nm波段的多波長光纖光學參量振蕩器、2μm波段的摻銩光纖激光器、2μm波段基于硫化物光纖的布里淵激光器和2μm波段的多波長混合增益布里淵摻銩光纖激光器在內(nèi)的激光器技術。
　　首先，本論文簡要介紹了激光器技術以及光纖技術的發(fā)展歷史和研究狀況。闡述了1550 nm波段多波長光纖激光器的研究進展以及多波長光纖光學參量振蕩器在實際應用中的性能優(yōu)勢。介紹了2μm波段的豐富

3、應用場景，例舉了2μm激光光源的實現(xiàn)手段和發(fā)展進程，引出了發(fā)展2μm光纖激光器技術的必要性。
　　接著，本論文從多波長光纖激光器在波分復用光通訊系統(tǒng)中的應用入手，介紹了光纖光學參量放大器和光纖光學參量振蕩器的主要原理。分析了泵浦設置對光纖光學參量放大器的性能影響，并介紹了三種常見的光學梳狀濾波器。最后，總結(jié)了多波長光纖光學參量振蕩器的研究現(xiàn)狀，并在此基礎上，針對應用場景對輸出光波長間隔的不同需求，創(chuàng)造性地提出了基于Sagnac干涉

4、儀的多波長光纖光學參量振蕩器、基于Lyot-Sagnac干涉儀的波長間隔可切換多波長光纖光學參量振蕩器和基于Mach-Zehnder干涉儀的波長間隔可調(diào)諧多波長光纖光學參量振蕩器。
　　然后，本論文介紹了2μm波段激光光源在氣體探測、醫(yī)學手術、新波段光學研究等領域的應用潛力及其重要性。例舉了包括稀土離子摻雜、半導體激光器等實現(xiàn)2μm波段激光輸出的幾種主要方法，總結(jié)了銩離子摻雜光纖方案相對于其它方案的優(yōu)點。首次提出了一個具有波長調(diào)諧

5、功能的2μm摻銩光纖激光器，利用法布里珀羅濾波器作為波長選擇器件，通過改變加載在濾波器上的電信號改變透過峰的波長位置，獲得了70 nm的波長調(diào)諧帶寬;并通過在濾波器上加載三角波信號，快速改變其透射峰位置，演示了激光器的快速掃頻功能。
　　再然后，本論文簡述了氣體傳感、大氣探測在當前人類社會生活中的實用價值;闡述了2μm波段在這些領域內(nèi)相比1550 nm波段的優(yōu)勢所在，并指出了窄線寬低閩值光源對于提升相關系統(tǒng)性能的重要意義，提出了采

6、用受激布里淵效應的思路。接著，介紹了受激布里淵效應的定義、原理和關鍵參數(shù);以及前人對布里淵光纖激光器的研究工作進展，分析了在2μm波段實現(xiàn)布里淵光纖激光器的幾個難點和挑戰(zhàn)。首次提出了一種基于As38Se62硫化物材料微結(jié)構(gòu)光纖的2μm波段低閾值布里淵光纖激光器，獲得了52 mW的低閾值，在增益介質(zhì)尺寸和閾值功率等方面的表現(xiàn)均極大地優(yōu)于基于傳統(tǒng)石英單模光纖的布里淵激光器。
　　最后，本論文以氣體傳感系統(tǒng)以及和下一代波分復用光通訊網(wǎng)絡

7、領域的研究進展為切入點，指出了2μm波段多波長光纖激光器在這些應用中的關鍵作用和重要意義。接著，介紹了前人在2μm波段多波長光纖激光器上的相關工作，通過對多種現(xiàn)有解決方案的分析和比較，提出了利用受激布里淵效應實現(xiàn)2μm波段多波長的思路。最后，分析了前人對2μm多波長布里淵激光器的研究工作，并在此基礎上加以改進，首次提出并實驗演示了一個波長間隔可切換的2μm波段多波長混合增益布里淵摻銩光纖激光器，實現(xiàn)了輸出激光波長間隔在單倍和雙倍布里淵頻