单频光纤激光器的模式控制及调谐技术研究

《单频光纤激光器的模式控制及调谐技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文单频光纤激光器的模式控制及调谐技术研究作者姓名张宇宁学科专业物理电子学指导教师徐善辉教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年6月Researchonmodecontrolandtunabletechniqueofsingle-frequencyfiberlaserADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangYuningSupervisor：Prof.XuShanhuiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzh

2、ou,China摘要随着云计算、移动5G等新业务的不断涌现，信息爆炸式增长势必推动通信带宽需求的快速增长。高性能可调谐窄线宽激光器作为光通信系统中的一个核心部件，直接对设备性能起着决定性影响。在众多激光器种类中，DBR单频光纤激光器由于其结构紧凑、稳定的单纵模特性、窄线宽以及光束质量高等优势，成为了光纤激光器领域的研究热点。然而，对于DBR单频光纤激光器而言，在模式控制和调谐技术方面均存在诸多的技术难点。由于其短直腔的紧凑结构，使得可调谐滤波器件难以作用于谐振腔中，这对实现DBR单频激光器的大范围波长调谐带来了极大的困难；同时，激光

3、腔内所采用的布拉格光栅以及整体腔长对温度十分敏感，在温度调谐过程中容易产生跳模现象，这将严重限制单频激光器的应用。因此，研究单频光纤激光器的模式控制原理，提升DBR单频光纤激光器的调谐范围以及压窄激光线宽，对提高其应用价值以及扩展其应用范围具有深远的意义。具体的研究内容和研究成果如下：（1）详细分析了DBR结构的单频光纤激光器随温度变化产生跳模现象的机理，并首次建立了DBR单频光纤激光器基于温度变化的模式选择模型。该模型可计算出激光器的纵模间隔、光栅反射谱的起振带宽和激光器的有效腔长等较难测量的物理量。同时，也能够模拟DBR激光器各

4、种不同参数下的无跳模温度调谐区间和波长调谐范围，基于该模型的指导，能够有效扩展激光器单纵模温度调谐区间和调谐范围。（2）对单频DBR光纤激光器的温度调谐进行了模拟与预测，分析了在不同条件下温度调谐过程中激光模式的变化情况。采用不同的封装材料分别对增益光纤和布拉格光栅进行封装，从而使纵模的温漂速度与光栅反射谱的温漂速度相近。采用新型封装方式的激光腔，有效地将无跳模温度区间从2.1℃提升至20.4℃，对应波长调谐范围由原来的9pm提升至149pm，解决了单频光纤激光器在高精尖应用中以及通信系统信道内精细波长调谐的温度调谐限制问题。（3）

5、利用F-P滤波器的宽可调谐性能与自注入锁定技术相结合，在高增益磷酸盐光纤DBR激光器的基础上，实现了单频光纤激光的全C波段（1527~1563nm）可调谐，获得稳定单频激光线宽小于700Hz，边模抑制比大于62.0dB，相对强度噪声在3MHz之后小于-130dB/Hz。并且在研究的基础上开发可调谐单频光纤激光器样机，可以用于光纤通信中的远距离传输以及光纤传感的扫描光源。I关键词：单频光纤激光器；可调谐；无跳模；窄线宽IIAbstractWiththeemergenceofnewservicessuchascloudcomputing

6、andmobile5G，promotetherapidgrowthofcommunicationbandwidthrequirements.Asacorecomponentinopticalcommunicationsystems,highperformancetunablelaserhasadecisiveimpactondeviceperformancedirectly.Opticalcommunicationsystemshavestrictrequirementsforlaserwavelengths.DBRsingle-f

7、requencyfiberlaserswithcompactall-fiberstructure,narrowspectrallinewidthofkHzorder,stablesinglelongitudinalmodeoperationandgoodbeamquality,andithasbecomearesearchhotspotinthefieldsoffiberlaser.However,therearemanytechnicaldifficultiesinmodecontrolandtuningtechniquefort

8、heDBRsingle-frequencyfiberlaser.Duetothecompactstructureoftheshortstraightcavity,thetunablefilterisdifficulttooperate