【摘 要】
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可调谐单频掺铒光纤激光器具有调谐范围宽、光信噪比高、线宽窄、噪声低和兼容性好等特点,在光谱学、光学探测、光学传感、光纤通信等领域有着重要应用。然而,在基于密集波分复用的光纤通信技术方面,随着通信流量的不断增长,导致对信道数量的需求大大增加,这对激光信号的调谐精度和调谐范围提出了更高要求。但是,受限于掺铒石英光纤的增益不平坦性和L波段的低发射截面,以及模式跳变和多模竞争现象的出现,实现高精度、宽调谐
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可调谐单频掺铒光纤激光器具有调谐范围宽、光信噪比高、线宽窄、噪声低和兼容性好等特点,在光谱学、光学探测、光学传感、光纤通信等领域有着重要应用。然而,在基于密集波分复用的光纤通信技术方面,随着通信流量的不断增长,导致对信道数量的需求大大增加,这对激光信号的调谐精度和调谐范围提出了更高要求。但是,受限于掺铒石英光纤的增益不平坦性和L波段的低发射截面,以及模式跳变和多模竞争现象的出现,实现高精度、宽调谐单频光纤激光输出存在困难。本论文基于不同的调谐技术和滤波技术工作原理,开展了单频掺铒光纤激光器高精度与宽调谐技术研究,具体内容如下:(1)介绍了光纤激光器中使用的几种波长调谐技术和滤波技术。调谐方式分别是Sagnac环、单模-多模-单模结构滤波器、可调谐光纤光栅和Fabry-Pérot可调谐滤波器,并针对Sagnac环和单模-多模-单模结构滤波器作为可调谐器件的可行性进行了实验探究。滤波方式分别是复合腔、跟踪滤波器、啁啾光纤光栅Fabry-Pérot腔和动态光栅,并针对跟踪滤波器作为滤波器件的可行性进行了理论分析和实验探究。对其中调谐和滤波技术进行的综述和实验探究可以为之后的实验研究提供指导与参考。(2)提出将啁啾光纤光栅Fabry-Pérot腔作为滤波器件和均匀光纤布拉格光栅(UFBG)作为调谐器件,实现了C波段高精度可调谐单频光纤激光输出。模拟和分析了啁啾光纤光栅Fabry-Pérot腔的滤波效果,并分析了该单频光纤激光器的滤波原理。通过应力装置在光纤布拉格光栅的轴向上施加可控拉伸应力,同时利用偏振控制器控制啁啾光纤光栅Fabry-Pérot腔内的偏振态,实现了波长调谐范围1550.28~1560.40 nm、调谐精度小于54 pm、光信噪比71 dB、线宽小于630 Hz的单频光纤激光输出。在整个调谐范围内,弛豫振荡出现在62 kHz处,强度为-108 dB/Hz,在0.4至7.5 MHz的频带范围,相对强度噪声小于-149 dB/Hz。(3)提出将光纤Fabry-Pérot干涉仪和基于1.6 m长未泵浦掺铒光纤的动态光栅构成纵模选择装置,结合光纤Fabry-Pérot可调谐滤波器作为调谐器件,实现了C+L波段宽调谐单频光纤激光输出。基于Fabry-Pérot可调谐滤波器、光纤Fabry-Pérot干涉仪和动态光栅的选模特性和3 dB带宽,分析了该单频光纤激光器的滤波原理。通过改变加载在Fabry-Pérot可调谐滤波器中压电陶瓷的控制电压,实现了波长调谐范围1535.50~1612.19 nm、调谐带宽76.69 nm、调谐精度0.2 nm、线宽小于310 Hz的可调谐单频光纤激光输出。在整个调谐范围内,相对强度噪声在高于1 MHz的频带范围小于-143 dB/Hz。
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