基于SOA的可调谐环形腔光纤激光器的研究

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光纤传感器结构简单,能够在强电磁干扰、高温、高压和强腐蚀等恶劣环境下工作,与传统电子传感器相比有着得天独厚的优势。近年来,由于光纤传感网络(光纤传感器阵列)的兴起,并与光复用技术相结合,实现了多点动态测量。多点动态测量需要能在超宽带范围内对传感信号进行解调的光纤传感解调系统,这对光纤传感解调系统提出了新的要求。针对以上状况,本文设计研制出作为解调系统光源使用的,基于半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)的可调谐环形腔光纤激光器,其具有信噪比高、平坦度好、调谐范围宽等优点。宽带可调谐光纤激光器被用作传感解调系统光源使用,其性能的优劣影响着测量的准确性和分辨率,以及光纤传感网络的复用能力。本文对基于半导体光放大器可调谐环形腔光纤激光器的设计制作和应用进行了实验研究,研究内容主要包括以下几个方面:(1)首先对各种类型光纤放大器进行了简要介绍,突出阐述了SOA的性能特点。分析了SOA可调谐环形腔光纤环形腔的研究背景和意义,阐述了其研究进展。(2)分析了SOA的理论模型,并以SOA的增益模型为对象,推导自发场和信号辐射场的行波方程以及SOA载流子速率方程,同时研究了影响SOA环形腔激光器的短期稳定性的因素。(3)设计并成功搭建了一种基于SOA的可调谐环形腔光纤激光器。从输出光谱扫描范围和输出功率平坦度两个方面对其进行实验研究,最终得到连续可调谐范围为90nm(1520-1610nm)的可调谐光纤激光器,其输出平均功率为2.04mW,在调谐范围内激光3dB线宽小于35pm,信噪比大于40dB,平坦度小于0.7dB。(4)设计出了一种基于宽带波长可调谐SOA环形腔光纤激光器的光纤传感解调系统。该光纤传感解调系统包括,由SOA可调谐激光器作为光源部分,基于C波段HCN气体吸收池的波长参考部分,以及光电探测、数据采集和数据处理部分。我们对标定后的光纤传感解调系统进行波长标定准确度和分辨率的测量,其测量结果分别为4pm和5.68pm。
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