新型光纖濾波器及在可調諧光纖激光器中的應用研究.pdf

1、可調諧激光器因其具備中心波長調諧，輸出波長可切換及輸出波長間隔可變等功能，在光通信和光傳感等領域中極具應用價值。與可調諧半導體激光器相比，可調諧光纖激光器具有可用帶寬寬、功率高、調諧簡單、與光纖系統(tǒng)連接方便以及易實現(xiàn)kHz量級的窄線寬激光輸出等特點，多年來一直是該領域的研究熱點之一。在這些激光器中常采用法布里-珀羅、介質膜干涉、聲光可調諧、光纖光柵等濾波器作為波長選擇器件，以實現(xiàn)激光輸出波長的可調諧。為滿足可調諧激光器輸出波長的可切換及

2、多波長間隔可變等需求，還需要一些新型的濾波器。本論文將研究基于光纖中偏振模、芯模和包層模間干涉原理的全光纖濾波器，提出了該類光纖濾波器在環(huán)形腔光纖激光器中的應用方案，實現(xiàn)了三種調諧功能的光纖激光器。論文的主要內容如下:
　　(1)研究了兩種基于高雙折射保偏光纖的薩格納克(Sagnac)全光纖濾波器，并將其應用于環(huán)形腔光纖激光器中實現(xiàn)了不同功能的調諧。利用瓊斯矩陣計算出了兩種基于高雙折射保偏光纖的薩格納克光纖濾波器中的反射和透射函數(shù)

3、，并通過理論模擬得到了傳輸光的偏振狀態(tài)對反射和透射函數(shù)的影響;根據(jù)理論分析結果，發(fā)現(xiàn)了基于兩段高雙折射保偏光纖的單級Sagnac全光纖濾波器的一種新型濾波功能，提出了基于單段高雙折射保偏光纖的雙級Sagnac全光纖濾波器，實驗驗證了偏振態(tài)對濾波譜的調諧功能;將上述濾波器應用環(huán)形腔光纖激光器中，通過對振蕩激光偏振狀態(tài)的控制，可以實現(xiàn)最多5個波長的同時輸出。激光器不僅能夠實現(xiàn)多波長間的切換，還可以實現(xiàn)不同波長間隔的調諧功能。由于光纖深度飽和

4、增強的光譜燒孔效應，在該激光器中實現(xiàn)了室溫下的多波長穩(wěn)定激光振蕩，輸出的激光功率抖動小于0.5dB。該類激光器在光通信和光傳感等領域中具有良好的應用前景。
　　(2)將基于光纖模間干涉原理的雙錐形全光纖濾波器應用于環(huán)形腔光纖激光器中，提出了利用曲率調諧方式實現(xiàn)大范圍可調諧窄線寬激光輸出和單、雙波長切換激光輸出。利用光束傳播法，分析出采用曲率調諧方式較應變調諧方式能夠激發(fā)出更高階包層模，為雙錐形全光纖濾波器大范圍調諧提供了理論依據(jù);

5、在實驗中，利用光纖熔接機制作出了雙錐形全光纖濾波器，并驗證了采用曲率調諧方法的優(yōu)勢。將該濾波器應用于環(huán)形腔摻鉺光纖激光器，并在腔內引入一段未泵浦有源光纖，利用該段光纖中形成的飽和吸收體，實現(xiàn)了中心波長可調的窄線寬激光輸出，輸出線寬小于2kHz，波長調諧范圍大于17nm。在該激光器中不置入飽和吸收光纖，就可以實現(xiàn)穩(wěn)定的單、雙波長激光輸出。
　　(3)基于錯位型光纖濾波器，提出一種內置光纖光柵的全光纖復合濾波器，并將該種光纖濾波器應用

6、于環(huán)形腔光纖激光器中，實現(xiàn)了單、雙波長激光輸出。在雙波長同時振蕩的情況下，還能夠實現(xiàn)波長間隔的連續(xù)調諧。利用光束傳播法，分析了錯位量及纖芯失配條件對激發(fā)模式的影響，同時利用模式展開法分析了錯位量對濾波譜消光比的影響;在實驗中，采用細芯光敏光纖利用錯位熔接法制作出了該種濾波器，研究了應變和溫度的調諧特性。在此基礎之上，采用相位掩膜法在光敏光纖中寫入光纖光柵構成了復合濾波器。由于該復合濾波器中的兩個濾波器對應變具有不同的響應，將該種復合濾波