采用高掺杂铒纤的四波混频型多波长光纤激光器

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多波长掺铒光纤激光器(Multiwavelength Erbium-Doped Fiber laser,MWEDFL)作为光通信领域中最有发展前途的光源之一,摒弃了传统半导体激光阵列操作复杂、结构庞大和成本高昂等缺点,具有高增益、宽带宽、插入损耗低、结构简单等优点,其增益曲线几乎覆盖了波分复用(WDM)系统1550 nm的工作波长范围,在密集波分复用、光纤传感、光学测量等领域有广阔应用前景。然而,由于掺辑光纤具有均匀展宽特性,会导致各频率光的剧烈模式竞争效应,难以有效地获得稳定的多波长输出。因此,如何进一步改进多波长掺铒光纤激光器,使其能够实现稳定多波长输出,具有重要的研究意义。本文采用新型高掺杂掺铒光纤作为多波长光纤激光器的增益介质,利用四波混频(Four-wave mixing,FWIM)等效应来抑制腔内激光的模式竞争,设计并实验研究了一款环形腔四波混频型多波长掺铒光纤激光器,有效的减小了腔长,提高了输出波长稳定性、平坦性和边摸抑制比。实验结果表明,该多波长掺铒光纤激光器输出稳定,在高掺杂铒纤的长度仅为62 cm即实现了 16个波长的稳定输出,并且3 dB内波长平均功率变化最大仅有0.08 dB,输出光波的平均边模抑制比(SMSR)大于33 dB。本文主要研究工作如下:1、深入研究了石英基掺铒光纤增益特性,结合Giles模型,利用掺铒光纤的速率方程和传输方程,建立了利用掺辑光纤作为增益介质的激光器时域模型,仿真研究了输出光功率和上能级粒子数浓度的变化。2、针对模式竞争问题,研究了如何利用环形腔中FWM效应使各个频率光的能量相互转移,并利用非线性光纤环形镜(Nonlinear optical loop mirror,NOLM)中交叉相位调制(Cross phase Modulation,XPM)等效应进一步抑制模式。仿真分析了环形腔中两波长激射受FWM的影响和Lyot梳状滤波器的透射函数。3、搭建了采用新型高掺杂掺饵光纤的四波混频型多波长光纤激光器的实验平台,对两种高掺杂掺铒光纤的增益特性进行对比实验研究。在泵浦功率500 mW时实验得到输出波长数目为16且12个波长在3 dB范围内的激射光谱,并对相应的实验结果进行了定性分析。4、引入非线性光纤环形镜优化实验结构,对输出光谱的平坦性和SMSR等指标进行了研究,以中心波长处附近3个峰值光波为例分析了实验系统的稳定性。
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