基于非線性效應(yīng)的1550nm及2μm光纖激光器研究.pdf

1、光纖激光器是現(xiàn)代光子學(xué)研究中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用。得益于光纖通信網(wǎng)絡(luò)、光纖傳感、光學(xué)微波產(chǎn)生等應(yīng)用的大量需求，1550nm通信波段的光纖激光器技術(shù)日趨成熟。中紅外2μm波段作為“人眼安全”的波段，憑借著在包括氣體傳感、新一代光通訊網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療手術(shù)、氣象監(jiān)測(cè)、風(fēng)速測(cè)量、新波長(zhǎng)產(chǎn)生、軍事科技、材料加工等領(lǐng)域的豐富應(yīng)用亦引起了人們的極大興趣，2μm波段的光纖激光器技術(shù)也逐漸成為研究的熱點(diǎn)之一。針對(duì)現(xiàn)有及下一代光

2、纖通信網(wǎng)絡(luò)、氣體傳感系統(tǒng)等應(yīng)用對(duì)光源的需求，本文主要研究了包括1550nm波段的多波長(zhǎng)光纖光學(xué)參量振蕩器、2μm波段的摻銩光纖激光器、2μm波段基于硫化物光纖的布里淵激光器和2μm波段的多波長(zhǎng)混合增益布里淵摻銩光纖激光器在內(nèi)的激光器技術(shù)。
　　首先，本論文簡(jiǎn)要介紹了激光器技術(shù)以及光纖技術(shù)的發(fā)展歷史和研究狀況。闡述了1550 nm波段多波長(zhǎng)光纖激光器的研究進(jìn)展以及多波長(zhǎng)光纖光學(xué)參量振蕩器在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)勢(shì)。介紹了2μm波段的豐富

3、應(yīng)用場(chǎng)景，例舉了2μm激光光源的實(shí)現(xiàn)手段和發(fā)展進(jìn)程，引出了發(fā)展2μm光纖激光器技術(shù)的必要性。
　　接著，本論文從多波長(zhǎng)光纖激光器在波分復(fù)用光通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用入手，介紹了光纖光學(xué)參量放大器和光纖光學(xué)參量振蕩器的主要原理。分析了泵浦設(shè)置對(duì)光纖光學(xué)參量放大器的性能影響，并介紹了三種常見的光學(xué)梳狀濾波器。最后，總結(jié)了多波長(zhǎng)光纖光學(xué)參量振蕩器的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上，針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)輸出光波長(zhǎng)間隔的不同需求，創(chuàng)造性地提出了基于Sagnac干涉

4、儀的多波長(zhǎng)光纖光學(xué)參量振蕩器、基于Lyot-Sagnac干涉儀的波長(zhǎng)間隔可切換多波長(zhǎng)光纖光學(xué)參量振蕩器和基于Mach-Zehnder干涉儀的波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧多波長(zhǎng)光纖光學(xué)參量振蕩器。
　　然后，本論文介紹了2μm波段激光光源在氣體探測(cè)、醫(yī)學(xué)手術(shù)、新波段光學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力及其重要性。例舉了包括稀土離子摻雜、半導(dǎo)體激光器等實(shí)現(xiàn)2μm波段激光輸出的幾種主要方法，總結(jié)了銩離子摻雜光纖方案相對(duì)于其它方案的優(yōu)點(diǎn)。首次提出了一個(gè)具有波長(zhǎng)調(diào)諧

5、功能的2μm摻銩光纖激光器，利用法布里珀羅濾波器作為波長(zhǎng)選擇器件，通過(guò)改變加載在濾波器上的電信號(hào)改變透過(guò)峰的波長(zhǎng)位置，獲得了70 nm的波長(zhǎng)調(diào)諧帶寬;并通過(guò)在濾波器上加載三角波信號(hào)，快速改變其透射峰位置，演示了激光器的快速掃頻功能。
　　再然后，本論文簡(jiǎn)述了氣體傳感、大氣探測(cè)在當(dāng)前人類社會(huì)生活中的實(shí)用價(jià)值;闡述了2μm波段在這些領(lǐng)域內(nèi)相比1550 nm波段的優(yōu)勢(shì)所在，并指出了窄線寬低閩值光源對(duì)于提升相關(guān)系統(tǒng)性能的重要意義，提出了采

6、用受激布里淵效應(yīng)的思路。接著，介紹了受激布里淵效應(yīng)的定義、原理和關(guān)鍵參數(shù);以及前人對(duì)布里淵光纖激光器的研究工作進(jìn)展，分析了在2μm波段實(shí)現(xiàn)布里淵光纖激光器的幾個(gè)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。首次提出了一種基于As38Se62硫化物材料微結(jié)構(gòu)光纖的2μm波段低閾值布里淵光纖激光器，獲得了52 mW的低閾值，在增益介質(zhì)尺寸和閾值功率等方面的表現(xiàn)均極大地優(yōu)于基于傳統(tǒng)石英單模光纖的布里淵激光器。
　　最后，本論文以氣體傳感系統(tǒng)以及和下一代波分復(fù)用光通訊網(wǎng)絡(luò)

7、領(lǐng)域的研究進(jìn)展為切入點(diǎn)，指出了2μm波段多波長(zhǎng)光纖激光器在這些應(yīng)用中的關(guān)鍵作用和重要意義。接著，介紹了前人在2μm波段多波長(zhǎng)光纖激光器上的相關(guān)工作，通過(guò)對(duì)多種現(xiàn)有解決方案的分析和比較，提出了利用受激布里淵效應(yīng)實(shí)現(xiàn)2μm波段多波長(zhǎng)的思路。最后，分析了前人對(duì)2μm多波長(zhǎng)布里淵激光器的研究工作，并在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，首次提出并實(shí)驗(yàn)演示了一個(gè)波長(zhǎng)間隔可切換的2μm波段多波長(zhǎng)混合增益布里淵摻銩光纖激光器，實(shí)現(xiàn)了輸出激光波長(zhǎng)間隔在單倍和雙倍布里淵頻