多波长布里渊掺铒光纤激光器功率平坦机理研究

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多波长布里渊掺铒光纤激光器由于其窄线宽、输出稳定、波长间隔固定、成本低、宽调谐范围、高相干性等优点,在多个领域表现出了巨大的应用价值,如在光纤通信系统,作为多信道光源提供载波信号,提升系统容量和传输效率;在光纤传感系统,利用高阶Stokes实现高灵敏光纤传感器;在微波光子领域,通过拍频方式产生高频以及超高频的微波信号;多波长输出功率平坦度不仅影响波分复用系统的带宽能力和级联能力,而且也是影响光纤传感器灵敏度以及微波光子系统品质因数的原因之一。所以在提高平坦度方面,需要对其进行针对性的设计。在以往的研究中,已有一些研究者利用四波混频或者瑞利散射等实现了3d B的多波长功率平坦,但是对于更高平坦度的多波长布里渊掺铒光纤激光器仍需要进一步的探索。为此,我们提出并详细地研究了一种基于未泵浦掺铒光纤Sagnac环的可调平坦多波长布里渊掺铒光纤激光器。在已有多波长布里渊掺铒光纤激光器基础上,提出利用带有未泵浦掺铒光纤的Sagnac环,结合未泵浦掺铒光纤的吸收效应和Sagnac环的双折射拍长效应改善EDFA增益谱,进一步提升了多波长布里渊Stokes的功率平坦度。这种基于未泵浦掺铒光纤Sagnac环的可调平坦多波长布里渊掺铒光纤激光器方案进一步提高了输出激光的功率平坦度,有望为光纤通信和光纤传感等领域提出新的多波长光纤激光器方案。本论文的主要研究工作包括:(1)简述了多波长光纤激光器的应用和实现方法以及多波长布里渊掺铒光纤激光器输出功率平坦方法,最后介绍了本论文的主要研究内容。(2)对受激布里渊散射机理和掺铒光纤放大器工作原理进行表述,包括放大机理,掺铒光纤的均匀展宽效应以及基本结构,最后对多波长布里渊掺铒光纤激光器的输出功率平坦机理进行描述。(3)分别对三种不同结构的多波长布里渊光纤激光器进行了仿真研究,通过推导多波长布里渊光纤激光器的理论模型,进而仿真可知三种结构激光器的波长数量主要由EDF泵浦功率决定,输出总功率和布里渊增益与两种泵浦功率变化趋势一致。最后,提出了一种可调多波长布里渊掺铒光纤环形激光器方案。通过结合布里渊非线性增益和掺铒光纤线性增益,实现多波长输出,通过调节掺铒光纤放大器功率和TLS泵浦中心波长得到了1565nm至1535nm的可调范围,最后分析了EDFA功率对多波长布里渊Stokes数量的影响。(4)提出了一种基于未泵浦掺铒光纤Sagnac环的多波长布里渊Stokes输出功率平坦方案。利用带有未泵浦掺铒光纤的Sagnac环,结合未泵浦掺铒光纤的吸收效应和Sagnac环的双折射拍长,在激光器透射端口获得输出功率平坦效果为±0.315d B至±1.38d B的多波长输出,可调平坦范围为33.0nm,几乎覆盖了整个C波段。不同实验下Stokes的光信噪比波动范围为16.26d B到18.97d B,平均光信噪比为17.51d B。峰值功率波动范围为-18.01d Bm至-18.75d Bm。如果将未泵浦掺铒光纤Sagnac环应用在其它多波长布里渊光纤激光器方案中,有望得到更多Stokes数量的平坦输出。
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