光纤陀螺用掺铒光纤超荧光光源研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhenyf
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本文以掺铒光纤超荧光光源(ED-SFS)及其相关技术为主要研究内容,对ED-SFS进行了理论和实验研究,旨在为最终实现光纤陀螺用高性能宽带光源的自主开发奠定基础。ED-SFS是伴随着掺稀土元素光纤技术及半导体激光泵浦技术的发展而出现的,相比LD、LED、SLD等传统光源,其具有输出功率高、荧光谱线宽、温度稳定性好、时间相干性低、使用寿命长及受环境影响小等优点,特别是其出众的温度稳定性和高效率的特点使其成为光纤陀螺用光源的首选。  论文主要工作如下:  1.在理论分析的基础上搭建了掺铒光纤超荧光光源的四种基本结构,对其输出光谱特性进行了测试分析,并对功率、谱宽及平均波长随泵浦功率的变化关系给予了细致的物理解释。在铒纤长度一定的条件下,通过选择适当的泵浦功率,得到单程前向、单程后向及双程后向结构的最大输出谱宽分别为36.70nm、39.10nm和32.33nm,对应的平均波长分别为1545.24nm、1543.32nm和1547.40nm,其中双程后向结构泵浦效率较高,其对应的输出功率为14.32mW。  2.为提高光源各项输出性能,实际结构更多是几种基本结构的组合,因此探寻基本结构的组合与优化,对光纤陀螺的应用有着重要意义。文中在对光源四种基本结构输入输出特性详细研究的基础上,提出基本结构的并联组合可以获得更优的输出光谱特性。并以SPF、SPB及DPB三种基本结构的简单并联为例,说明并联组合方式在保持低泵浦电流下的优异光谱特性的同时,使得输出功率得以提高。  3.本论文所述双程结构通过在光纤端面交替镀制Si和SiO2介质膜实现,且将该介质膜镀制在980/1550WDM的1550端,对传统双程结构进行改进,消除了光反馈对激光器性能影响的同时也降低了镀膜工艺难度。另外,在光纤端面镀膜工艺上,我们也克服了小面积上镀膜容易脱落的技术难点。  4.论文对一种双向泵浦双程结构进行了详细研究,该结构用一支980nm激光器实现对同一段掺铒光纤的双向泵浦,并且通过在光纤端面镀膜实现光源双程化,其将双程前向和双程后向结合在一种结构中。首先初步优化铒纤长度,获得输出光波长随泵浦功率的高稳定性,之后采用一个特殊的光波分复用器(1530/1550WDM)进行光谱平坦处理,拓展谱宽到大于22nm,并在此基础上做温度稳定性实验。结果显示,在-40~60℃温度范围内,平均波长稳定性保持在3.5ppm/℃以下,在20~30℃范围内,波长稳定性可达1~2ppm/℃。  5.结合ED-SFS对泵浦激光器的性能要求,文中从管芯结构设计、材料外延生长、光纤耦合封装及光纤光栅稳频设计等方面集中调研了980nm泵浦激光器的关键技术,为实现该激光器模块的自主开发提供了研制思路和方向,并确定了具体的研究方法。该部分主要工作集中在楔形柱状微透镜光纤耦合及光纤光栅稳频技术的理论分析上,重点解决光纤耦合效率及泵源输出光功率与波长的稳定性问题。在光纤耦合封装方面,主要研究了楔形柱状微透镜光纤耦合效率与楔角、曲率半径及工作距离的关系,确定了光纤楔角、曲率半径及工作距离等参数的大致范围;在光纤光栅稳频方面,主要分析了光栅反射率、带宽及中心波长对激光器输出特性的影响,确定了这些性能参数的大致范围等。
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