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可调谐单频光纤激光器谐振腔优化设计

作　者: 梁维源
导　师: 秦子雄；曾庆科
学　校: 广西师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: 布拉格光纤光栅 光纤激光器 可调谐 啁啾光纤光栅法布里-珀罗腔
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 2次
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内容摘要


伴随着激光技术及掺杂光纤放大技术的发展,可调谐单频光纤激光器由于可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等特点成为研究热点。可调谐掺铒光纤激光器不仅是高速大容量密集波分复用(DWDM)光纤通信系统的理想信号载体,而且成为光纤光栅传感系统中理想的传感检测光源,基于可调谐光纤激光器的波长检测技术有望成为最具发展潜力的光纤光栅传感检测方法。本论文的研究方向为采用光纤光栅的可调谐单频光纤激光器谐振腔的优化设计。主要工作和研究成果如下:⑴深入分析了几种典型光栅的原理和性质,并采用Matlab语言编程模拟了这些光栅的反射谱和时延谱。在以上的分析中,着重分析了均匀光栅、啁啾光栅、相移光栅和取样光栅;⑵总结了掺Er3+线形腔光纤激光器的斜率效率、泵浦阈值和激光输出功率等输出特性的表达式,数值模拟得到了各关键参数与掺Er3+线形腔光纤激光器输出特性之间的关系;⑶阐述了光纤光栅法布里-泊罗标准具的基础理论,并对光纤光栅法布里-泊罗标准具的透射谱特性进行了数值仿真和分析;⑷详细探讨了啁啾光纤光栅构成的F-P谐振腔的特性,研究了光栅本身长度、啁啾系数、折射率微扰深度等关键参数对啁啾光纤光栅构成的F-P谐振腔滤波性能的影响,得到了以下结果:①当两光栅长度差距较大时,啁啾光纤光栅F-P腔透射谱在很宽阻带中只有单个透射峰,呈现单频运转特性;②随着啁啾系数增大,透射谱带宽增大,透射率降低,滤波性能变坏;③改变腔长不会引起光纤光栅F-P腔阻带的宽度明显变化,选择合适的腔长也可以使啁啾光纤光栅F-P腔激光器输出单纵模。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 前言  7-14
  1.1 光纤激光器发展概述  7-8
  1.2 可调谐单频光纤激光器及其进展  8-9
  1.3 实现单频运转的常用腔形  9-10
    1.3.1 线形腔结构  9-10
    1.3.2 环形腔结构  10
  1.4 实现单频运转的常见方法  10-12
    1.4.1 使用F-P腔  10-11
    1.4.2 使用Bragg 光栅  11-12
    1.4.3 利用非相干技术  12
    1.4.4 利用饱和吸收体  12
  1.5 方案比较  12-13
  1.6 本论文的主要内容  13-14
第二章 光纤光栅理论和掺铒窄线宽光纤激光器理论  14-43
  2.1 光纤光栅简介  14-17
    2.1.1 光纤光栅的分类  14-15
    2.1.2 光纤光栅的原理  15-17
  2.2 光纤光栅中的耦合模理论  17-19
  2.3 光纤光栅仿真方法  19-23
    2.3.1 均匀光纤光栅的数学模型  19-21
    2.3.2 非均匀光纤光栅的数值分析方法  21-23
  2.4 光纤光栅特性数值仿真  23-35
    2.4.1 均匀光纤光栅(FBG)  23-26
    2.4.2 啁啾光纤光栅(CFBG)  26-29
    2.4.3 相移光栅  29-32
    2.4.4 取样光栅  32-35
  2.5 掺铒窄线宽光纤激光器理论分析  35-43
    2.5.1 铒能级结构和光谱特性  35-37
    2.5.2 线形腔掺铒光纤激光器输出特性的理论分析  37-43
第三章 可调谐窄线宽光纤激光器谐振腔的优化设计  43-65
  3.1 激光器单频运转原理  43-44
  3.2 光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔基础理论  44-46
    3.2.1 由相同的光纤光栅构成的F-P 腔  44-45
    3.2.2 由不同光纤光栅构成的F-P 腔  45-46
  3.3 光纤光栅F-P 腔透射谱特性分析  46-52
    3.3.1 谱线数目和谱线间距  46-49
    3.3.2 谱线半宽度  49
    3.3.3 单模输出的阈值腔长  49-52
  3.4 光纤光栅F-P 腔数值计算分析  52-55
  3.5 由啁啾光纤光栅(CFBG)构成的F-P 腔  55-60
    3.5.1 由啁啾光纤光栅(CFBG)构成的F-P 腔  55-59
    3.5.2 啁啾光栅切趾包络对F-PF-P 腔滤波性能的影响  59-60
  3.6 啁啾光纤光栅的渗入深度和啁啾光纤光栅F-P 腔的有效腔长  60-63
  3.7 小结  63-65
总结与展望  65-66
参考文献  66-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-72
致谢  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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