王文亮[1]2014年在《大功率光纤激光器受激拉曼散射研究》文中提出随着单链路连续宽谱光纤激光器输出功率的不断提升,受激拉曼散射效应(SRS)成为限制其功率提升的主要因素。本文以大功率光纤激光器中的SRS效应为研究对象,以提高光纤激光器的输出功率为目标,开展了叁个层面的研究。首先为了抑制大功率掺镱光纤激光器中的SRS效应,对其演变情况、影响因素及抑制方式进行了系统研究;其次提出前向拉曼兼容光纤激光器设计方案,通过有效抑制后向拉曼散射,在掺镱光纤激光器中同时利用拉曼增益,实现高功率激光输出;最后研究如何单独利用光纤中的拉曼增益实现高功率、高效率及高亮度的激光输出。论文主要内容如下:1.对大功率连续掺镱光纤激光器中的SRS效应开展了系统研究。首先,采用小信号增益法和解调法分别对传能被动光纤和掺镱主动光纤的拉曼增益谱进行了实验测量,为不同种类光纤拉曼增益系数的测量提供了可行方案,也为激光器中光纤的选型和数值模拟中参数的取值提供了依据。其次,基于掺镱光纤激光器的稳态速率方程组及光纤中SRS效应的耦合方程组,分别建立了含有拉曼散射效应的掺镱光纤振荡器与放大器理论模型并进行了实验验证。最后,数值仿真了2 kW光纤振荡器及大功率同带泵浦光纤放大器中SRS效应。结果表明,当光纤激光器运行在时序稳定的状态时,功率达到SRS阈值后光纤中将产生前向和后向传输的拉曼散射光,且前后向拉曼散射光的功率相当;在全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构的光纤激光器系统中,放大器中激发的后向拉曼散射光一旦进入光纤振荡器中将被进一步放大,从而导致振荡器的输出光功率下降,甚至损坏振荡器,因此后向拉曼散射成为制约连续光纤激光器功率提升的主要限制因素。2.研究了自脉冲现象对连续掺镱光纤激光器中SRS效应的影响。介绍了连续光纤振荡器输出光中自脉冲现象的特点、产生机理与抑制方法。结合掺镱光纤激光器的瞬态速率方程组与光纤中SRS效应的耦合方程组,建立了含激光时序特性和拉曼散射效应的掺镱光纤放大器数学模型。数值模拟结果表明,由于SRS效应的瞬时特性,种子光中的自脉冲会使光纤放大器中信号光的功率往前向拉曼散射光中转移,而对后向拉曼散射的贡献较小。实验搭建了自脉冲含量不同的种子光源,分别将其注入同一个光纤放大器中,研究自脉冲含量对放大器SRS阈值及功率提升的影响。结果表明,自脉冲的存在使得放大器中激发的前向拉曼散射光功率远大于后向拉曼散射光功率;且种子光中自脉冲含量越大,光纤放大器中前向SRS阈值越低,无SRS效应时的最高输出功率也越低。分析了3kW量级光纤激光器中自脉冲现象对SRS效应及功率提升的影响。研究表明,自脉冲现象的存在降低了大功率光纤激光器中SRS效应的阈值,成为实际工程中制约激光器功率提升的主要因素。3.提出了前向拉曼兼容型掺镱光纤激光器设计方案,并对此激光器中的功率分布情况、后向光抑制方法及功率提升情况进行了系统研究。针对连续光纤激光器中的自脉冲现象导致前向拉曼散射光功率远大于后向拉曼散射光情况,提出了前向拉曼兼容的光纤激光方案,在允许前向拉曼散射光的存在前提下,分析系统对后向拉曼散射光的容忍度。实验中通过在掺镱光纤放大器系统中注入前向拉曼种子光的方法,综合利用光纤中的镱离子增益与拉曼增益,实现了信号光功率往前向拉曼光转移,有效抑制了系统中后向拉曼散射。设计了大功率前向拉曼兼容的同带泵浦光纤激光方案,理论分析了自脉冲现象和前向拉曼辅助信号光对激光器最高输出功率的影响。结果表明,采用注入前向拉曼种子光的方式,综合利用光纤中的镱离子增益与拉曼增益,提高了SRS效应限制下光纤激光器的最高输出功率。4.对光纤拉曼放大器中的转换效率和亮度提升开展研究。首先,在纤芯泵浦条件下,对比研究了阶跃折射率和渐变折射率多模光纤中SRS效应对功率转移和激光亮度提升的影响。实验结果表明,受限于泵浦激光的脉冲形状特性,两种情况下的功率转换效率均较低,但渐变折射率多模光纤中的SRS效应具有光束净化作用,而阶跃折射率多模光纤中的SRS效应不具有此效应。其次,对包层泵浦的拉曼光纤激光器进行了理论分析与实验研究。通过设计和制备纤芯折射率特殊分布的双包层拉曼光纤,利用其在包层泵浦拉曼光纤放大器中实现了信号光光束质量的改善,但受限于泵浦激光的脉冲形状特性及内包层的传输损耗,放大器的转换效率也较低。最后,对大功率拉曼光纤放大器中的关键技术展开分析。结果表明,减小泵浦光与信号光损耗的同时增大信号光所激发拉曼散射光的损耗是实现高功率、高效率及高亮度拉曼光纤放大器的关键。
张汉伟[2]2015年在《大功率混合增益光纤激光器》文中指出全光纤化的光纤激光器具有结构紧凑、效率高、便于热管理等优点,在工业加工、生物医学、激光雷达、光电对抗等领域有着广泛的用途。随着人们需求的不断拓展,光纤激光正朝着更高亮度、更高效率以及更广的光谱覆盖范围发展。光纤激光的增益来源通常有两大类,一类是利用实能级的跃迁产生的受激辐射,如掺镱光纤激光器;另一类是利用非线性效应产生的增益,也叫虚能级增益,如拉曼激光器。以上两类增益都具有获得高功率、宽光谱范围激光的潜力。本文以镱离子增益、拉曼增益以及两者的混合增益为研究对象,分析其在功率提升和波长转换上的潜力,重点研究混合增益光纤激光器的特性和优势。相比于掺镱光纤常规波段激光,关于长波波段激光发射特性的研究较少,但是该波段激光与高功率拉曼光纤激光器波长相匹配,并且可以作为混合增益系统的种子源,因此本文分析了长波长掺镱光纤激光器的发射特性。针对长波长激光在掺镱光纤中增益较小、容易产生ASE的限制,理论分析了振荡器增益光纤纤芯直径、长度、小信号吸收系数、吸收发射截面、损耗系数,以及输出耦合光栅反射率和泵浦方式对激光产生的影响。实验上对振荡器输出光栅反射率、掺镱光纤长度、泵浦源类型、光纤损耗等因素在抑制ASE方面的性能进行了详细讨论。通过理论优化和实验设计,实现了16 W的1173 nm、322 W的1120 nm振荡器单模输出,都为目前该波段已报道的采用普通双包层掺镱光纤振荡器输出的最高功率。进一步开展了长波长激光在掺镱光纤中的放大研究。从理论上分析了种子功率、端面反馈、光纤参数对放大器性能的影响,搭建了1120 nm掺镱光纤放大器,获得了309 W的激光输出,光光效率71.5%。拉曼增益与镱离子增益相同,是混合增益系统的重要组成部分,为了分析其特性,对纤芯泵浦的拉曼振荡器和基于拉曼增益的短腔随机光纤激光器展开了理论和实验研究。在纤芯泵浦拉曼振荡器理论模型的基础上推导了拉曼振荡器的阈值公式,并提出利用该公式可以测量拉曼增益系数;理论分析了光纤长度、拉曼增益系数、光纤损耗、输出耦合光栅反射率、纤芯直径对拉曼振荡器效率的影响,指出光纤长度和输出耦合光栅反射率在很大范围内都可以使振荡器效率最优,因此优化这两个参数可以方便地对拉曼振荡器进行设计。开展了纤芯泵浦拉曼振荡器的实验研究,获得了119 W的1173 nm激光输出,光光效率超过82%。理论仿真与实验结果基本吻合。在基于拉曼增益的短腔随机光纤激光器方面,理论分析了随机光纤激光器阈值与光纤长度的关系;指出短腔随机激光器阈值对寄生反馈较为敏感,因此可以用其判断实验中是否存在反馈;数值计算表明随机光纤激光器的光纤越短可获得的功率越大。在理论分析的基础上,设计了百瓦级的高功率随机激光,获得了全开腔124 W的1150 nm随机激光,光光转换效率79%;半开腔112 W的1150 nm随机激光,激光器效率84.8%,为目前已报道的最高功率、最高效率的随机光纤激光器。开展了高功率随机激光的应用研究,通过研究随机激光的时域稳定性,指出其可用作高功率放大系统的种子源。用产生的高功率1150 nm随机激光泵浦掺钬光纤振荡器,获得23 W的2050 nm激光。对混合增益光纤激光器展开了理论研究。提出了混合增益光纤放大器的概念,建立了基于功率的速率方程模型,重点分析了其在泵浦能量提取、波长转换、后向拉曼散射抑制上的优势。并对其热分布特性进行分析,表明不会给系统带来额外的热负载。进一步建立了考虑四波混频的物理模型,分析实验中可能产生的四波混频对多波长混合增益光纤放大系统的影响,计算表明:四波混频会降低放大器的高阶拉曼阈值,但是可以通过优化设计使四波混频控制在可接受的范围内,实现千瓦量级的长波长激光输出;四波混频会使前向输出光更容易向高阶拉曼转换,但是对后向光影响较小,系统仍能有效抑制后向拉曼散射光。开展了高功率混合增益光纤放大器波长范围拓展的实验研究。获得了732 W的1120 nm激光功率输出,实验结果验证了理论模型的正确性。进一步优化设计,利用混合增益光纤放大器实现了1.52 k W的1120 nm激光,是目前报道的该波段激光最高功率,并有继续提升功率的潜力。为了进一步拓展输出波长范围,进行了高功率叁波长种子的放大实验,获得了1178 nm波长激光已报道最高功率536 W。建立了叁波长种子放大的理论模型,分析表明通过优化种子功率可在实验结构的基础上实现千瓦级的1178 nm激光输出,此时由四波混频诱发的高阶拉曼比例可小于5%。对采用多模光纤的混合增益放大器展开了研究,重点分析了混合增益光纤放大器对输出激光光束质量的影响。通过实验和理论分析证明在注入种子光束质量较好的情况下,利用受激拉曼散射能够提高输出光的光束质量。多模光纤中的拉曼效应存在模式之间不完全重迭的问题,因此拉曼相互作用效果与单模光纤不同,提出用模式的功率权重对等效拉曼增益系数进行修正的思路,使单模光纤的拉曼散射模型可以用于多模光纤的情况。
余飞[3]2008年在《全光纤级联拉曼光纤激光器及其泵浦源实验研究》文中研究指明拉曼光纤激光器是一种基于受激拉曼散射效应的光纤激光器,只要具有合适波长的泵浦源和反馈元件,拉曼光纤激光器可以获得任意波长的激光输出。级联拉曼光纤激光器具有增益介质长、噪声低、调谐范围宽、可同时实现多波长输出和与光纤耦合效率高等优点。级联拉曼光纤激光器用于泵浦光纤拉曼放大器可以在很宽的带宽内实现平坦放大,是光纤拉曼放大器理想的泵浦源。多波长输出的级联拉曼光纤激光器用作光纤通信系统,特别是波分复用系统的信号源,可以减少发射端的激光器数量。本文首先对受激拉曼散射的原理进行了介。然后设计了一个五级级联拉曼光纤激光器系统,包括级联拉曼光纤激光器谐振腔的设计、泵浦源的设计和用于泵浦掺镱光纤激光器的大功率半导体激光器驱动电路的设计,在实验室对所设计系统的各部分特性进行了测试,并对实验结果进行了分析。本论文的主要研究内容如下:(1)对受激拉曼散射的基本原理以及国内在拉曼光纤激光器和掺镱双包层光纤激光器上的研究进展作了介绍。(2)对掺镱石英光纤中镱离子的受激辐射进行了介绍,完成了级联拉曼光纤激光器用大功率泵浦源――掺镱双包层光纤激光器的设计制作。(3)对掺镱双包层光纤激光器的泵浦源――半导体激光器的特性进行了介绍,完成了大功率半导体激光器驱动电路的设计。(4)对Bragg光纤光栅进行了介绍,完成对所使用光纤光栅的实验测试。(5)设计了一个基于线性腔结构的五级级联拉曼光纤激光器,对所设计的激光器进行了测试,并对测试结果进行了分析。(6)对设计的掺镱双包层光纤激光器及大功率半导体激光器的驱动电路进行了测试。测试结果显示,所设计的大功率半导体激光器驱动电路稳定可靠,满足使用要求,级联拉曼光纤激光器第五阶Stokes光的最大输出功率为599mW。文中还对造成级联拉曼光纤激光器泵浦阈值高、光-光转换效率以及斜率效率低的原因进行了分析。
王超[4]2005年在《微结构光纤激光器件的理论与实验研究》文中研究表明本文在对微结构光纤传输机制和基本特性进行研究的基础上,探索了微结构光纤在一些光电子功能器件方面的应用,并对基于微结构光纤作为增益介质的光纤激光器件进行了设计分析和初步的理论与实验研究。本文的主要研究内容和成果包括:1、研究了微结构光纤的基本特性及其基础应用。从研究微结构光纤的传导机制和传导模式出发,分析不同结构的光子晶体包层的能带结构,研究折射率传导和光子带隙传导两种机制下光纤的传导模式及色散、损耗和有效模场面积等基本特性。接着利用改进的电弧熔接方法实现了微结构光纤与普通单模光纤的低损耗熔接,并在理论上对微结构光纤的熔接损耗特性进行了计算分析。在此基础上对微结构光纤光栅进行了理论和实验研究,在柚子型光敏微结构光纤上成功写制了布拉格光栅,观察到多波长的反射峰,并利用全矢量有限元方法对微结构光纤布拉格光栅中的多波长谐振现象进行了理论分析,最后在实验上对其在多参量传感和多波长光纤激光器件中的应用进行了尝试。2、对高功率掺镱双包层微结构光纤激光器的输出特性进行了初步的理论和实验研究。结合微结构光纤的特殊模场分布特点,建立了分析双包层微结构光纤激光器输出特性的理论模型。在实验上利用大模场单模掺Yb3+双包层微结构光纤,构建了端面泵浦线性F-P腔结构的光纤激光器,实现激光运转并进行了分析。光纤后端面直接输出时获得了最大11.6W的输出功率,斜率效率达到了86%以上。在选用二色镜作为激光器后腔镜的实验中,在泵浦功率7.8W时获得了2.6W激光输出,波长为1074.5 nm,斜率效率为54%。3、对基于高非线性微结构光纤的拉曼放大器进行了理论研究。根据微结构光纤的模场特点自行建立了描述微结构光纤拉曼放大器的简化理论模型,开发了模拟计算拉曼光纤放大器的程序,选取不同参数对微结构光纤拉曼放大器的增益和噪声特性进行了理论研究。分析了泵浦方式和损耗对放大器增益和噪声特性的影响,并对其增益饱和特性进行了研究。最后对线性腔结构的混合光纤拉曼放大器的开关增益和噪声特性进行计算,在理论上证明微结构光纤对分布式拉曼放大器性能的改善与否取决于微结构光纤的位置。4、对高非线性微结构光纤作为增益介质的光纤拉曼放大器进行了初步的实验研究。将普通单模光纤和高非线性微结构光纤共同作为增益介质构成线形腔结构的混合分布式拉曼放大器,对其增益和噪声性能进行了详细的实验研究。与普
秦山[5]2007年在《基于掺铒光纤和光纤拉曼放大机理的光纤激光器实验与理论研究》文中指出随着光纤通讯技术和光纤传感技术的发展，能够与光纤兼容的光纤器件得到了广泛而深入地研究，其中光纤激光器由于其成本低、结构简单、配置灵活和光纤兼容等方面的优点，以及在光纤通讯系统、光纤传感、光谱分析、微波信号产生等领域的潜在应用前景，吸引了广大研究者的兴趣。然而，由于目前用于光纤激光器的许多增益机制在功率转换效率、输出稳定性或者输出谱宽等方面都有各自不同的内在缺点，限制了它们的性能和应用。本文针对用于光纤激光器的两种不同增益介质——掺铒光纤和拉曼光纤，以掺铒光纤放大器为切入点，在深入研究了这两种光纤放大器的基础上，重点对以多波长为主的光纤激光器做了较为系统、深入的理论和实验研究。具体而言，从实验和理论两个方面系统地研究了掺铒光纤放大器；研究了多波长激光原理和多波长滤波器；研究了光纤拉曼多波长激光器；分析了它们各自的优缺点和存在的问题。在此基础上，提出了一种新型的、应用于多波长光纤激光器的掺铒光纤和光纤拉曼的混合增益机制。理论上预期，该机制能够使室温下掺铒光纤放大内在的增益竞争得到很好的抑制，因而可以获得稳定多波长运行，并且同时具有掺铒光纤的高功率转换效率、低激光器阈值的优点。最终通过实验实现了基于该增益机制的、室温下能够高稳定性、高信噪比、功率均衡运行的多波长光纤激光器。并在理论上进一步分析和模拟了该混合机制的实现机理，理论结论与实验结果一致。实验表明，该混合机制并不同于两种增益机制简单的组合。基于相同的原理，本文也实验研究了我们所提出的混合增益机制在主动锁模脉冲光纤激光器中的应用，实验结果说明该混合增益机制同样能够有效的抑制模式噪声。另外也介绍了与本文课题关系密切的一些实验研究和设备制作过程，如基于铋基掺铒光纤的宽带ASE(放大自发辐射)光源的制作。主要内容如下：首先在绪论中分别简要介绍了激光器、光纤激光器的历史和现状；重点介绍了多波长光纤激光器的发展历史和研究现状，特别对于掺铒光纤、拉曼光纤、半导体泵浦光源、谱滤波器等关键器件的研究现状作了综述；介绍了基于掺铒光纤放大、光纤拉曼散射、光纤布里渊散射和半导体光放大器等不同的增益机制的优点和缺点；最后讨论了多波长光纤激光器面临的问题。第二，系统地介绍了掺铒光纤放大器的基本理论；介绍和推导了掺铒光纤放大器的基本理论模型；介绍了掺铒光纤基本参数的测量测试方法；提出并实验研究了一种新型结构的低噪声、高增益掺铒光纤放大器；研究了铋基掺铒光纤的特性，实验研究了一种基于铋基掺铒光纤的宽带ASE光源。第叁，对影响激光器多模振荡稳定的介质增益和损耗属性，如谱线展宽机制、增益饱和、模式竞争等概念，作了系统地分析；介绍了激光器多模振荡的速率方程；以Sagnac环形滤波器为代表，理论和实验分析了F-P谐振腔、谱滤波器等构成多波长光纤激光器的关键器件。第四，系统地从理论上介绍了光纤拉曼受激散射的增益机制，以及四波混频等非线性效应的影响，从半经典电磁理论出发，推导了它们的基本耦合方程，对一些重要的基本参数的测量方法和测试过程作了介绍，提出并实验研究了基于光子晶体光纤Sagnac环形滤波器的光纤拉曼多波长激光器。第五，该部分包括了本文的主要工作内容和主要创新点。实验比较了掺铒光纤和拉曼光纤增益特性的不同和对多波长激光器输出的影响；进而提出了基于掺铒光纤和光纤拉曼混合增益机制，进行了针对基于该混合增益机制的多波长光纤激光器实验研究，实验表明，该混合机制并不是两种放大器简单的组合，掺铒光纤在增益中起主导作用，而拉曼光纤对输出光功率的贡献要小很多；以已经获得的实验证据为基础，理论分析和模拟了该混合增益机制支持稳定多波长运行的机理，获得了与实验结果一致的结论；介绍了不同实验装置的设计和研究过程，并进一步提出了波长间隔可调、输出波长范围可控的的实验改进方法。第六、介绍了掺铒光纤和光纤拉曼混合增益机制在主动锁模光纤激光器的应用研究，实验证明该混合增益机制同样能够有效抑制掺铒光纤主动锁模激光器的超模噪声。最后，对本文的内容作了总结，分析了多波长光纤激光器的趋势，提出了展望，指出在拉曼增益特性等方面可能的研究方向。总之，本论文围绕多波长光纤激光器的研究热点问题，从理论和实验上研究了基于光纤拉曼和掺铒光纤混合增益机制、室温下稳定的多波长光纤激光器，我们相信这一成果能对科研生产起一定的指导作用。
曲延吉[6]2010年在《单向泵浦光纤拉曼激光器的研究》文中研究表明本文提出了一种单向泵浦的光纤拉曼激光器,并对其相关的理论和实验展开了研究工作。本文基于斯托克斯波的频移光纤拉曼激光器耦合波方程,对激光器的动态过程进行了仿真模拟。通过仿真模拟,优化并设计了光纤激光器的腔长、输出镜的反射率及泵浦光功率的大小。建立了单向泵浦光纤拉曼激光器实验系统,实验研究了拉曼光纤激光器的输出特性,针对增益光纤长度、输出光栅透过率进行了实验研究并验证了理论模型。
詹仪[7]2007年在《掺镱双包层光纤激光器的研究》文中认为同固体激光器相比，双包层光纤激光器因具有高效率、高光束质量、良好的光谱特性、结构紧凑和散热特性好等优点，而成为国内外研究的热点。并己在光通信、工业加工、军事和医疗等领域获得重要应用。近年来，双包层光纤的出现，将光纤激光器的输出功率从毫瓦量级提高到了百瓦乃至千瓦量级，扩展了光纤激光器的应用范围。由于镱离子发射谱主要位于1μm波段，因而掺Yb~(3+)双包层光纤成为目前1μm高功率光纤激光器的最有实用价值的增益介质。本文对掺Yb~(3+)双包层光纤激光器进行了深入的理论和实验研究。主要内容和创新之处概括如下：本论文详细研究了纤芯参数和内包层参数对光纤激光器输出功率的影响。采用几何光学和纤维光学模式理论的方法，分析了不同内包层结构的双包层光纤对包层泵浦光纤激光器性能的影响。对双包层光纤纤结构的优化设计，提高泵浦效率与激光输出功率等具有重要的意义。从速率方程和功率方程出发，建立了包层泵浦掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的理论模型，获得了激光器泵浦阈值功率、输出光功率和斜率效率的解析表达式。分析了光纤长度、腔镜反射率、泵浦方式、泵浦波长和激射波长等因素对激光器输出特性的影响。结果表明，激光器的性能参数受其结构参数的影响很大，激射波长最佳值在1090nm附近。为优化设计双包层光纤激光器提供了理论基础。利用速率方程小信号近似方法对光纤激光器的自脉冲行为和泵浦起伏对光纤激光器输出特性的影响进行了系统的理论研究。研究发现，增加输出端的反馈和增加粒子的浓度可以抑制自脉冲现象。当泵浦光扰动频率和共振频率相近时，会呈现出振动加强现象。并提出增加光纤激光器输出稳定性的措施。对双包层光纤激光器中的非线性效应受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了研究。利用数值方法模拟分析了光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射特性，分析了纤芯直径、光纤长度，激射波长的线宽和泵浦方式对光纤激光器中的受激布里渊散射阈值影响。结果表明增大纤芯直径、减小光纤长度、降低激射波长的线宽，可以有效的克服光纤激光器的受激拉曼散射和受激布里渊散射。采用后向泵浦，或者采用后向泵浦功率比前向泵浦功率高的非对称泵浦方式，可以有效的削弱高功率光纤激光器的受激拉曼散射。进行了LD端面泵浦掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的实验研究。解决了光纤激光器的端面泵浦耦合系统的设计、光纤端面研磨等问题。在6.9W泵浦功率下，激光输出功率达到5.3W、斜率效率为76.8％。研究了不同光纤长度下，光纤激光器的输出特性。通过降低前腔镜的反射率，调节光纤端面与前腔镜的距离形成Fabry-Perot滤波器，实现了双包层光纤激光器的窄线宽输出。当LD电流为25A时，输出功率达到1.34W，斜率效率为25％。
王着元[8]2005年在《拉曼光纤放大器及多波长拉曼光纤激光器的研究》文中指出本论文基于光纤中受激拉曼散射现象的基本原理,围绕拉曼光纤放大器和多波长拉曼光纤激光器展开研究。提出了基于平均功率分析法的矩阵迭代法,并利用该算法对拉曼光纤放大器进行了仿真。从泵浦源的选择、不同类型增益光纤的影响、噪声随温度的变化情况等几方面对分布式拉曼光纤放大器进行了实验研究。制备了满足WDM系统实际应用要求的分布式拉曼光纤放大器样机,并进行了相关性能参数的测试。传输距离为60公里时,该样机平均开关增益在17.89dB,平均等效噪声指数为-2.6dB,增益平坦度为1.57dB,放大带宽为80nm,平均偏振依赖增益为0.17dB。提出了一种将C波段和L波段的泵浦光沿光纤反向传输的分布式拉曼光纤放大器的结构,减小了泵浦光之间由于拉曼相互作用引起的噪声。首次提出了一种新型结构的宽带分立式拉曼放大器——宽带双程分立式拉曼光纤放大器,并对其增益、噪声、偏振依赖增益等特性进行了理论及实验研究。结果表明,该新型结构的拉曼光纤放大器极大地提高了增益效率,并抑制了ASE噪声。首次提出了基于取样光纤光栅的新型多波长拉曼光纤激光器。对取样光栅的特性进行了分析并实际刻写了满足要求的取样光栅。在此基础上,利用该种光栅和拉曼光纤放大器实现了波长间隔分别为100GHz、50GHz以及25GHz的多波长激光输出,满足ITU标准,并具有较好的室温稳定性。此外,对基于可调光纤F-P干涉仪的多波长可调谐拉曼光纤激光器也进行了实验研究,获得了在1530～1610nm的波长范围内可连续调谐的双波长激光输出。
张俊[9]2006年在《高功率掺镱双包层光纤激光器的理论与实验研究》文中进行了进一步梳理高功率双包层光纤激光器是集激光二极管泵浦源技术、耦合技术、双包层光纤制作技术及光纤光栅技术于一身的新型激光器系统,在激光领域内引起了学者们的广泛关注。本论文在课题组已有研究的基础上,围绕高功率掺镱双包层光纤激光器展开了更深入的理论和实验研究,具体内容如下:一、讨论了镱离子能级结构及拉曼效应的产生机理,在速率方程的基础上,分析了高功率掺镱双包层光纤激光器的受激拉曼散射理论;借鉴已有的程序算法并根据拉曼散射理论建立了相应的数学模型,研究了一些求解多边界条件、多方程的微分方程组的新思路、新方法。主要包括:在带边值问题的较多个微分方程数值求解过程中,结合使用两种反馈方法,使不同的因变量先后收敛,稳定地得出结果;根据方程的特点采用了微分方程沿光纤反向积分的方法,缩短了计算时间;微分方程积分时溢出的处理使得计算时能有效地进行反馈迭代求解。二、通过前面建立的数学模型,模拟了高功率掺镱双包层光纤激光器存在拉曼效应时的输出特性,分析了光纤纤芯直径、长度、掺杂浓度以及信号激光波长对减小拉曼效应的作用,讨论了不同泵浦方式(单端泵浦、双端泵浦)下存在拉曼效应时光纤激光器的受激拉曼散射阈值泵浦功率和功率输出特性,特别是重点研究了腔镜反射率改变时拉曼效应的变化。得出的结论为优化高功率掺镱双包层光纤激光器结构,减小受激拉曼散射的影响提供了理论依据。叁、首次讨论了空间多点泵浦条件下高功率光纤激光器存在拉曼效应时的功率输出特性以及沿光纤的功率分布。对空间多点泵浦模型中如何优化泵浦方式、合理设置泵浦点功率有一定的指导意义。四、利用编写的软件,对将要构建的光纤激光器实验系统特性进行了理论模拟,分析了光纤最佳长度、后腔镜反射率等关键参数对激光器系统的影响,研究了激光腔内沿光纤的功率分布,并对现有增益光纤的斜率效率、阈值、拉曼特性等进行了仿真分析,为光纤激光器实验系统的前期优化进行了理论准备。五、根据混合模的类高斯分布理论,研究了高功率光纤激光器透镜耦合系统原理,对高功率双包层光纤激光器端面泵浦透镜耦合系统进行了理论设计和分析,并提出了减小耦合系统中衍射损耗的一些新建议;设计加工了准直保护头,并已成功运用于保护LD尾纤和耦合系统;完成了实验耦合系统的设计加工与分析,并在实验结果的基础上提出了耦合系统优化的建议。对选用不同参数所构建的几套耦合系统进行了详细地实验研究,结果证明,耦合系统设计思路切实可行,自行设计加工的准直保护头和耦合系统具有良好的实验效果,保证了下步实验的顺利展开。六、测量了泵浦半导体激光器(LD)、双色片的性能参数,详细地给出了光纤激光器实验系统各器件的工作原理和特性;采用自行设计的耦合系统展开了双包层光纤激光器实验,系统地给出了前端正向泵浦线性腔双包层光纤激光器的实验输出特性以及实验过程,并换用不同腔镜和不同长度光纤进行了一系列实验,研究了泵浦源参数、腔镜反射率、光纤长度等对光纤激光器特性的影响,得出了一些有用的结论,积累了实验经验。最后,运用相关原理对实验中发现的问题和现象进行了深入地讨论,并提出了改进实验的建议。基于自行设计加工的透镜耦合系统,采用烽火通信提供的D形双包层掺镱光纤搭建了光纤激光器实验系统,当入纤泵浦功率3.7W时,获得了1.6W稳定的多纵模连续激光输出。
李请[10]2007年在《光纤拉曼放大器和光纤拉曼激光器相关技术研究》文中研究指明随着因特网、综合业务数字网和多媒体技术的发展,全球通信量爆炸性增长,通信业务将转向以高速IP数据和多媒体为代表的宽带业务,这对光纤通信系统的容量和传输速率提出了更高的要求,密集波分复用(DWDM)技术应运而生。DWDM解决了长距离光纤传输对通信容量和系统扩展的需求,同时也带来新的问题,即如何提高光纤传输系统的容量、实现全光网络、增加无中继的传输距离等。光纤拉曼放大器(FRA)是采用强激光作泵浦源,以光纤作为增益介质,利用受激拉曼散射(SRS)效应实现全光放大。它的高带宽、高增益、分布式放大等特性对光纤通信系统,特别是对DWDM具有重要的实际意义。而光纤拉曼激光器(FRL)作为FRA的泵浦源,它与光纤的耦合损耗小,可以实现泵浦与放大的良好兼容。同时,双包层掺镱(Yb3+)光纤激光器又作为FRL的泵浦源,同样都是用光纤作为增益介质的特性可以实现与FRL更好的耦合。本文主要对光纤拉曼放大器(FRA)系统及系统中各模块进行了理论分析与实验研究,对掺镱(Yb3+)双包层光纤激光器进行了一系列的数值分析,对拉曼增益光纤进行了分析和实验研究,主要内容可以概括如下:首先,介绍了光纤拉曼放大器的分类、特点、应用和国内外研究进展;介绍了光纤拉曼放大器的泵浦模块,包括光纤拉曼放大器的基本原理与结构,目前应用较多的光纤拉曼放大器的两种泵浦源,复合半导体激光器和级联式拉曼光纤激光器;介绍了级联拉曼光纤激光器型FRA泵浦模块的基本原理,即掺镱双包层光纤激光器的工作机理和级联拉曼光纤激光器的基本原理。其次,对掺镱(Yb3+)双包层光纤激光器进行了详细的数值分析。利用泵浦光和激光在双包层光纤中的前后向传输方程,数值分析了掺镱双包层光纤激光器的输出激光特性,其中包括不同光纤损耗系数和不同泵浦波长下,泵浦功率、前后向信号功率沿光纤长度的分布;不同光纤损耗系数下,输出功率与光纤长度的关系,得出在泵浦功率和光纤损耗系数一定的情况下,存在一个最佳光纤长度,此时输出功率最大;不同光纤损耗系数下,泵浦功率对输出功率的影响;不同泵浦功率下,输出功率与光纤损耗系数的关系;在不同泵浦功率和光纤损耗下输出功率和输出、输入腔镜反射率的关系;以及不同光纤吸收系数和损耗系数下,掺镱光纤激光器的增益和阈值随光纤长度的分布。最后,对拉曼增益光纤的特性进行了分析。从自发拉曼增益系数与频率的关系式出发,利用掺锗光纤中,发射截面与GeO2浓度的关系推导出了掺锗光纤的放大器拉曼增益与GeO2浓度的关系式;数值模拟了掺锗光纤折射率及放大器拉曼增益与GeO2浓度及泵浦波长的关系;分析了掺磷光纤中折射率差、损耗系数和拉曼增益系数与P2O5浓度的关系;以ASE(放大自发辐射)宽带光源作为信号源,以中心波长为1455nm的单模激光器作为泵浦源,用开关法对25km标准单模光纤的拉曼增益系数进行了实验测量,介绍了测量原理、实验设备和实验步骤,然后对实验结果进行了处理,得到了频移为9-20THz范围内的光纤拉曼增益系数分布曲线,与文献值进行了比较,谱形符合较好。
参考文献：
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[7]. 掺镱双包层光纤激光器的研究[D]. 詹仪. 郑州大学. 2007
[8]. 拉曼光纤放大器及多波长拉曼光纤激光器的研究[D]. 王着元. 东南大学. 2005
[9]. 高功率掺镱双包层光纤激光器的理论与实验研究[D]. 张俊. 国防科学技术大学. 2006
[10]. 光纤拉曼放大器和光纤拉曼激光器相关技术研究[D]. 李请. 电子科技大学. 2007
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