全光纖結(jié)構(gòu)喇曼光纖激光器研究.pdf

1、分布式喇曼光纖放大器(RFA)具有增益帶寬任意擴(kuò)展性、低噪聲和減小系統(tǒng)非線性效應(yīng)等優(yōu)點，成為寬帶光放大器的研究熱點。RFA實用化的關(guān)鍵技術(shù)之一是具備合適波長的大功率泵浦源。喇曼光纖激光器基于光纖中的受激喇曼散射效應(yīng)，理論上可以實現(xiàn)任意波長高功率激光輸出，被認(rèn)為是RFA的理想泵浦源。與半導(dǎo)體激光器相比，喇曼光纖激光器具有輸出波長靈活設(shè)計、功率大、偏振不敏感、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高和與現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)兼容等特點。此外，采用多波長級聯(lián)喇曼光纖

2、激光器作為RFA泵源，可以實現(xiàn)寬帶、平坦增益譜。論文的主要工作可概括如下：
　　 (1)考慮各級斯托克斯光有效纖芯面積的差異性，提出了一種改進(jìn)的適用于任意階級聯(lián)的喇曼光纖激光器解析理論分析模型。推導(dǎo)了喇曼光纖激光器輸出功率、閾值泵浦功率、光-光轉(zhuǎn)換效率最大時的最佳喇曼光纖長度和最佳輸出耦合器反射率的解析表達(dá)式。根據(jù)理論推導(dǎo)結(jié)果分析了一鍺硅光纖五級級聯(lián)喇曼光纖激光器的輸出特性，并將理論計算結(jié)果與相關(guān)實驗數(shù)據(jù)作了對比，比較結(jié)果驗證了

3、理論推導(dǎo)結(jié)果的正確性。基于該解析模型，對喇曼光纖激光器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，結(jié)果表明：光-光轉(zhuǎn)換效率與閾值泵浦功率需要折衷設(shè)計；在最佳喇曼光纖長度附近，光-光轉(zhuǎn)換效率對光纖長度的變化不敏感，這種性質(zhì)增加了級聯(lián)喇曼光纖激光器優(yōu)化設(shè)計中對喇曼光纖長度選擇的靈活性；輸出耦合器反射率的變化對喇曼光纖激光器光-光轉(zhuǎn)換效率的影響更顯著；諧振腔的附加損耗會嚴(yán)重劣化級聯(lián)喇曼光纖激光器性能，在優(yōu)化設(shè)計時需盡可能減小腔內(nèi)的損耗。
　　 (2)為分析與設(shè)計

4、多波長級聯(lián)喇曼光纖激光器，提出了一種具有優(yōu)異收斂性能的混合遺傳算法。它結(jié)合了遺傳算法全局搜索能力強(qiáng)和打靶法在收斂域內(nèi)快速收斂的優(yōu)點。三波長級聯(lián)喇曼光纖激光器的數(shù)值計算結(jié)果表明：該混合遺傳算法克服了傳統(tǒng)遺傳算法收斂于局部最優(yōu)值或者在最優(yōu)值附近左右擺動和打靶法需要設(shè)置適當(dāng)打靶初值的缺點；對少數(shù)優(yōu)良個體的打靶大大加速了它的收斂。
　　 (3)實驗研究了一級1156nm喇曼光纖激光器中斯托克斯光譜的展寬。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著泵浦功率的增加

5、，腔內(nèi)斯托克斯光譜呈現(xiàn)出“雙峰”結(jié)構(gòu)，同時還出現(xiàn)了非對稱結(jié)構(gòu)的斯托克斯光頻譜邊帶，確認(rèn)了斯托克斯光縱模間的FWM非線性作用是導(dǎo)致其展寬的主要原因。采用有效反射率法可以修正喇曼光纖激光器的理論模型，選擇具有高喇曼增益系數(shù)的光纖作為喇曼增益媒質(zhì)可以一定程度緩解斯托克斯光譜的展寬。
　　 (4)實驗研究了基于Sagnac梳狀濾波器和寬帶啁啾光纖布拉格光柵的1550nm多波長喇曼光纖激光器。腔內(nèi)的色散位移光纖強(qiáng)化了信道間的FWM作用，能