高性能掺铒光纤光源的研制

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因为掺铒光纤超荧光光源有许多优良特性,所以在很多系统中都得到的广泛的应用。例如光纤光栅传感系统、光纤器件测试、航天惯性导航级的高精度的光纤陀螺,尤其是在光纤通信中,掺铒光源已经成为不可或缺的重要单元。结合实验室光纤光栅传感系统研制,并为新型光纤光栅解调系统提供技术积累。论文主要研究了以掺铒光纤为增益介质的光纤光源研制中的相关技术,用单程前向、单程后向、双程前向、双程后向、双级双“前向、双级双程后向、单级双程双向抽运等多种结构,分忻了其中参数变化对光源性能的影响,以所选两种高低浓度参数不同的掺铒光纤为主要元件,在C波段高功率、L波段高功率、C波段高平坦、C+L波段高功率同时输出等多方面进行了深入的研究,根据实验室的项目需要,制作了C+L波段掺铒宽带光源,为了让光源的输出光比较平坦而稳定,增加了温度控制电路板和功率控制电路扳,这点对光源的研究具有很重要的意义。另外,在研究高功率C+L波段掺铒宽带光源的时候,提出了使用光纤环形器,这样大大提高了光源的输出功率。本文将掺铒光纤光源的几种结构进行分析,提出了新的设计方案,这则为以后高功率掺铒光源的研究提供必要的理论基础。 论文第一部分介绍了纤维光学的产生背景、发展现状、光纤在通信等领域的应用现状、掺铒光纤ASE光源的发展及应用特色。论文第二部分对掺铒光纤光源研制过程中的主要光电器件从原理及实验等各方面作了系统的描述,介绍了操作光电器件的关键技术。论文的第三部分,也就是光源的具体研制过程,用低浓度光纤,单程后向得到30.12mw(14.79dBm)的C波段ASE光,用长的高浓度光纤,单程抽运结构,后向得到C波段光功率达31.74mW(15.02dBm),前向L波段ASE达10.14mW(10.06dBm),1575-1620nm间的ASE为5.09mW,实验中得到的C波段最高光源ASE功率达36.88mW(15.67dBm)。用3dB耦合器自制的反射镜,实现双程后向结构,用短的低浓度光纤,在低抽运光下,得到ASE功率为7.68mw(8.85dBm),3dB带宽达35.28nm(不用采用任何外部滤波器,从1526.88-1562.16nm,基本覆盖了整个C波段),平均波长为1545.88nm的ASE光输出,仅改变抽运功率时可以实现功率为13.23mW(11.21dBm),3dB带宽为34.64nm的高平坦ASE光输出,用双程前向结构,得到ASE光功率为15.01mw(11.76dBm),平坦度稍微差一些。在L波段光源的研究中,用长的高浓度光纤构成双程前向结构,实现功率为35mW的L波段ASE光。双级双程结构中,以其后向作为输出端。第一级双程前向抽运时实验得到19.20mW(12.93dBm)的C+L波段宽带ASE光;第一级采用双程后向时得到功率为21.13mW(13.25dBm)的C+L波段宽带ASE光,分析了两种结构的优缺点。同样双级双程前向结构光源,第一级采用双程前向时得到21.48mW(13.32dBm)的L波段高功率ASE输出,第一级采用双程后向时得22.71mw(13.56dBm)的L波段高功率ASE输出,并分析了两种结构的优缺点。采用一段长40m的高浓度掺铒光纤,用980nm激光二极管进行双向抽运,用光纤环形镜实现双程结构,制作了C+L波段宽带光源,该光源的输出功率最高为26.67mW(14.26dBm)。更重要的是在研究C+L波段的光源时,增加了光纤环形器,使C+L波段光源的输出功率达到168.67mw(22.27 dBm),带宽达到80.701 nm(1525.112-1605.813nm),比较平坦的荧光输出。论文第四部分针对与解调系统应用的可调谐掺铒光纤激光器进行了研究,并分析了其基本原理及具体可行性。 最后,结合论文中研究情况指出了论文研究的不足之处,并根据现在国内外的研究现状对掺杂光纤光源相关领域的下一步的目标和未来研究方向进行了展望。
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