基于新型全光纖濾波器的可調(diào)多波長稀土摻雜石英基光纖激光器研究.pdf

1、多波長光纖激光器能夠同時穩(wěn)定輸出多個波長，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、高光束質(zhì)量、低成本等優(yōu)點，被廣泛應用于高速大容量光纖通信和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中。單縱模窄線寬波長可切換、波長可調(diào)、波長間隔可調(diào)諧的多波長光纖激光器在大氣激光雷達、多參量激光同時傳感、微波光子和高功率激光產(chǎn)生等方面有著廣闊的應用前景。本文結(jié)合所承擔的國家自然科學基金項目，針對基于新型全光纖濾波器的可調(diào)多波長光纖激光器，開展了一系列深入的理論分析及實驗研究，取得的主要創(chuàng)新性成果如下:

2、>　　1、提出三種基于模式耦合作用的光纖濾波器結(jié)構(gòu)，分別是具有單偏振超窄帶濾波特性的保偏啁啾莫爾光纖光柵、基于彎曲調(diào)諧的耦合型雙芯光纖濾波器和偏振依賴多模-單模-多模(PD-MSM)濾波器。從模式耦合理論出發(fā)，對保偏啁啾莫爾光纖光柵中同一偏振態(tài)下的正反向基模之間耦合作用、雙芯光纖濾波器的兩個平行纖芯之間模式耦合作用、PD-MSM濾波器的同一偏振態(tài)下單模光纖模式與多模光纖模式之間耦合作用進行了詳細的理論分析。實驗制作出了這三種光纖濾波器件

3、:保偏啁啾莫爾光纖光柵實現(xiàn)了兩個以上單偏振、超窄帶寬的透射通帶，偏振消光比大于15dB;耦合型雙芯光纖濾波器的通過改變彎曲曲率，獲得具有大于27nm波長連續(xù)調(diào)節(jié)范圍; PD-MSM的梳狀透射光譜實現(xiàn)了兩個正交偏振態(tài)上交替濾波，偏振消光比可達25dB。
　　2、提出兩種基于保偏光纖光柵的可切換雙波長石英基摻銩光纖激光器結(jié)構(gòu)。利用保偏均勻光纖布拉格光柵的偏振依賴特性加強腔內(nèi)的偏振燒孔效應(PHB)，研制出室溫下1.94μm波段的雙波長

4、激光器。波長間隔0.81nm，光信噪比高于60dB。對比分析表明，在摻銩光纖中PHB的作用下，激光輸出的光信噪比和穩(wěn)定性受泵浦功率、光柵反射率的增加而得到改善。雙波長激光器最大輸出功率378mW，斜率效率達15.6％。通過偏振分析可知，兩個波長的輸出激光均具有高達49.1dB的偏振消光比，且分別處于相互正交的偏振態(tài)上。通過調(diào)整激光腔內(nèi)的偏振態(tài)，在該摻銩光纖激光器中觀察到輸出波長可切換現(xiàn)象;利用保偏啁啾莫爾光纖光柵的偏振依賴和超窄帶濾波特

5、性，減少腔內(nèi)均勻加寬線寬并抑制多縱模的產(chǎn)生，研制出室溫下穩(wěn)定輸出的雙波長摻銩光纖激光器。激光波長為1942.88 nm和1943.32nm，分別處于兩個相互正交的偏振態(tài)上。50分鐘內(nèi)最大波長漂移量小于0.05nm，功率波動小于0.5dB。通過調(diào)整激光腔內(nèi)的偏振態(tài)，在該摻銩光纖激光器中觀察到波長可切換現(xiàn)象。通過零差法測量驗證該激光器的每個輸出波長均為單縱模運轉(zhuǎn)。2.8W泵浦功率下，雙波長光纖激光器的最大輸出功率170mW，斜率效率為10％

6、。
　　3、提出兩種基于雙芯光纖濾波器的波長可調(diào)的多波長布里淵摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)。利用耦合型雙芯光纖濾波器的良好光譜穩(wěn)定性和波長連續(xù)可調(diào)性，實現(xiàn)了40nm的波長調(diào)諧范圍和11個波長的密集多波長激光輸出，0.088nm波長間隔與單模光纖中受激布里淵散射頻移量相同。30分鐘內(nèi)一階斯托克斯光波長最大漂移量為14pm，功率波動小于0.56dB;基于雙芯光纖馬赫曾德爾(MZI)濾波器的波長可調(diào)特性，研制出波長可調(diào)的自激發(fā)布里淵摻鉺光纖激光器

7、。該光纖激光器的布里淵泵浦激光通過摻鉺光纖激光器腔內(nèi)自激發(fā)產(chǎn)生，因而避免了外接窄線寬高功率激光光源帶來的高制作成本問題。該光纖激光器的輸出激光波長間隔為0.088nm，光信噪比高于8dB（測試結(jié)果主要受限于光譜儀的最小分辨率），同時激射波長數(shù)達到17個。通過調(diào)節(jié)雙芯光纖MZI濾波器，實現(xiàn)了激光輸出光譜8nm的波長調(diào)諧，波長調(diào)諧量與雙芯光纖MZI濾波器的彎曲量呈近線性關(guān)系。
　　4、提出兩種基于PD-MSM光纖濾波器的波長間隔可調(diào)多

8、波長摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)。結(jié)合PD-MSM光纖濾波器的梳狀濾波和PHB效應，實現(xiàn)了室溫下穩(wěn)定的雙波長激光輸出，雙波長激光分別具有穩(wěn)定且不同的偏振態(tài)。50分鐘內(nèi)雙波長功率抖動小于0.7dB，功率差小于1dB，僅通過調(diào)節(jié)諧振腔中的偏振狀態(tài)可以對雙波長的波長間隔進行連續(xù)調(diào)節(jié)，波長間隔調(diào)節(jié)量可以從0nm到3nm;基于PD-MSM光纖濾波器的偏振依賴損耗并結(jié)合非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應，實現(xiàn)了密集波長間隔的多波長摻鉺光纖激光器，同時穩(wěn)定輸出波長數(shù)可達19個

9、，40分鐘內(nèi)輸出激光最大波長整體漂移量小于0.05nm，最大功率波動小于0.8dB。經(jīng)討論基于該原理可通過級聯(lián)多段保偏光纖實現(xiàn)多種波長間隔的可切換輸出。
　　5、提出一種基于非線性雙通MZI光纖濾波器的波長間隔可切換多波長摻鉺光纖激光器。非線性雙通MZI光纖濾波器除了多通濾波作用還能有效抑制摻鉺光纖的增益競爭。通過合理調(diào)整激光腔內(nèi)的偏振態(tài)，分別實現(xiàn)了0.2nm和0.4nm密集波長間隔可切換的多波長激光輸出，兩種狀態(tài)下的激光波長個數(shù)