【摘 要】
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2μm波段多通道光纤光栅因其出色的滤波特性和优异的兼容性而成为多波长掺铥光纤激光器中滤波器件的绝佳选择。基于多通道光纤光栅滤波器的掺铥光纤激光器具有体积小、光束质量高、抗干扰能力强、与普通光纤兼容性好等诸多优点,其工作波长为人眼安全的2μm波段,该波段中存在高透过率大气窗口和多种气体强吸收峰,因此在光通信、激光医疗、光纤传感及激光加工等领域具有广阔的应用前景。本文结合所参与的国家自然科学基金项目,
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2μm波段多通道光纤光栅因其出色的滤波特性和优异的兼容性而成为多波长掺铥光纤激光器中滤波器件的绝佳选择。基于多通道光纤光栅滤波器的掺铥光纤激光器具有体积小、光束质量高、抗干扰能力强、与普通光纤兼容性好等诸多优点,其工作波长为人眼安全的2μm波段,该波段中存在高透过率大气窗口和多种气体强吸收峰,因此在光通信、激光医疗、光纤传感及激光加工等领域具有广阔的应用前景。本文结合所参与的国家自然科学基金项目,围绕2μm波段多通道光纤光栅滤波器、多波长可切换及窄线宽掺铥光纤激光器关键技术开展了详实的理论和实验研究,取得的主要创新性成果如下:1.提出一种基于相移啁啾光纤光栅的多通道窄带滤波器,利用传输矩阵法对其传输特性进行了仿真分析,讨论了相移位置、相移量、光栅长度、啁啾系数和折射率调制深度等光栅参数对相移峰的波长、透射率和带宽等传输特性的影响。仿真得到的单相移点、双相移点和三相移点啁啾光纤光栅的相移峰带宽分别为0.0270nm、0.0172nm和0.0112nm。根据仿真结果实验制作了单相移点和双相移点啁啾光纤光栅,其相移峰带宽分别为0.09nm和0.05nm。2.提出一种基于相移取样光纤光栅的多通道窄带滤波器,利用传输矩阵法对其传输特性进行了仿真分析,讨论了相移位置、相移量、光栅长度、占空比、取样数和折射率调制深度等光栅参数对光栅传输特性的影响。仿真得到相移取样光纤光栅0级相移峰带宽为0.0220nm。根据仿真结果对滤波器进行了制作,实验得到相移取样光纤光栅0级相移峰带宽小于0.09nm。3.提出一种基于取样光纤光栅的波长可调线形腔掺铥光纤激光器,通过对一个取样光纤光栅施加水平应力实现输出激光波长的调谐,利用两个多通道光纤光栅所产生的游标效应扩展波长调谐范围。最终实现输出波长14.44nm范围可调,各波长光信噪比均大于45d B,50min内功率和波长抖动分别小于0.460d B和0.03nm,斜率效率为8.62%。4.提出一种基于保偏取样光纤光栅的可切换多波长环形腔掺铥光纤激光器,利用四波混频效应抑制掺铥光纤内的增益竞争,通过调节腔内偏振态进行波长切换,最终分别得到两组不同正交偏振方向上的6波长激光输出和一组10波长激光输出,各波长光信噪比均大于30d B,50min内各输出模式下激光运转稳定。5.提出一种基于保偏取样光纤光栅的可切换窄线宽复合腔掺铥光纤激光器,利用偏振烧孔效应进行波长切换和抑制增益竞争,实现了6个单波长单纵模激光和9组双波长激光输出间的可切换运行。30min内单波长单纵模激光的功率和波长抖动分别小于0.709d B和0.02nm,30min内双波长激光的功率和波长抖动分别小于0.946d B和0.03nm,各波长光信噪比均大于54d B。利用搭建的非平衡迈克尔逊干涉仪线宽测量系统对单纵模激光的频率噪声及线宽进行了测量,且当测量时间为0.005s时,6个波长的激光线宽分别为1.08k Hz、0.64k Hz、0.60k Hz、0.76k Hz、0.97k Hz和0.60k Hz。6.提出一种基于取样光纤光栅的可切换窄线宽复合腔掺铥光纤激光器,利用非线性偏振旋转效应进行波长切换和抑制增益竞争,实现了3个单波长单纵模激光和3组双波长激光输出间的可切换运行。50min内单波长单纵模激光的功率和波长抖动分别小于±0.404d B和±0.01nm,20min内双波长激光的功率和波长抖动分别小于±0.926d B和±0.03nm,各波长光信噪比均大于49d B。对单纵模激光的频率噪声及线宽进行了测量,当测量时间为0.005s时,3个波长的激光线宽分别为0.26k Hz、1.19k Hz和0.71k Hz。
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