光通信系统中掺铒光纤激光器的研究

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1、摘要光纤激光器具有许多突出的优点和特点：与光纤元件的天然兼容性：可用带宽较宽：阈值低：与半导体激光器相比，光束质量较好，噪声较低：加之结构紧凑、便携式、精密化等特点，因而它在光纤通信、光纤传感等领域具有重要的应用前景，受到了国际上科技界、产业界的广泛重视，成为研究的热点。本文从理论和实验上对掺铒光纤激光器的若干关键技术进行了研究，如连续光掺铒光纤激光器，脉冲光掺铒光纤激光器等。我们主要开展了以下几方面的研究工作：根据多模半经典理论，对注入锁定光纤环形腔激光器进行了理论分析与模拟。讨论了在小信号注入情况下，均匀加宽注入锁定光纤环形激光器的单模运转问题：然后逐一分析了注入锁定光纤环形腔激

2、光器的锁定带宽、输出光线宽、输出功率等表征注入锁定特性的关键物理量并作了相应的模拟计算。随后，对掺铒光纤环形腔激光器(EDFRL)的注入锁定技术进行了实验研究，实验结果表明，注入场对腔模的影响与失谐量、泵浦功率、注入强度等参量有关，且如果合理选择环形腔的各参数和注入光功率，则注入光对激光器线宽的展宽可以控制在很小的程度，甚至接近EDFRL的本征线宽，实现窄线宽输出。提出了一种多环形腔结构的单纵模掺铒光纤激光器。首先讨论了使激光器运行在单纵模状态的谐振腔理论。同时实验结果表明，这种激光器通过在主环形腔中插入充当模式滤波器的三个长度不等的无源次级环形腔，并结合腔内光纤布拉格光栅，实现了短

3、时间的单纵模输出，短期线宽小于500Hz。从理论与实验两方面对单纵模掺铒光纤环形腔激光器的波长调谐和稳定性进行了研究：首先，根据速率方程对可调谐掺铒光纤环形腔激光器的输出功率特性进行了理论分析。采用数值计算方法研究了环形腔各个参数如腔内损耗、铒离子团簇、输出耦合比、增益光纤长度等对EDFRL输出功率特性的影响。结果表明腔内损耗是影响可调谐EDFRL输出功率特性的最重要的因子；而铒离子团簇会导致输出功率平坦性交坏；同时增益光纤长度也存在一最佳值。为光纤环形腔激光器的优化设计提供了依据。随后，实验上提出了一种实现可调诣的单纵模EDFRL输出波长及功率稳定的新方法。即利用注入锁定技术向ED

4、FRL腔内注入摘要低功率连续光，使某一纵模在注入光的基础上起振。此纵模在对增益介质的竞争中可以稳定地占据优势，从而与注入信号发生锁定，实现激光器输出的稳定。实验得到激光器在1527．4-1561．9rim范围内波长连续可调，输出功率>O，6dBm，信噪比(SNR)>43dB；输出光波长与功率抖动分别

5、突破了传统的有理数谐波锁模的分子数只等于一的局限。此外，理论模拟与实验均发现，通过选择适当的调制器偏置电压fbl和调审4深度㈣的值的组合，当调制器工作在非线性区，获得了强度分布均衡的脉冲序列。关键词：光纤激光器，单纵模掺铒光纤激光器，注入锁定，波长调谐，输出波长及功率稳定，线宽，有理数谐波锁模ⅡAbstractFiberlasershavealotofoutstandingmeritsandcharacteristics,suchasgoodtom-patibilitywithfibercomponentsandfibersystems；widebandwidth；be_Rerbea

6、mqua-鲫mdlowernoisethansemiconductorlasers；inaddition,compactstructure，portab-ility,andsoon．Consequently,therehasbeenconsiderableinterestindevelopingfiberlasersforopticalcommunication,fiber$ensors，spectroscopy,etc．AndnowdaysfiberlasershavebecomehotpointOVertheworld．Inthisdissertation,severalkeyt

7、echno-logicsofthefiberlasershavebeenstudiedtheoreticallyandexperimentally，suchascontinuouswavefiberI撇．pulsewavefiberlaser．11玲maincontentsofthisdiss盯-rationareasfollows：ThemulfimodesemiclassicalLambmethodisappliedtotheanalysisofinj