波长可调谐超短光脉冲在波分复用、时分复用光纤通信系统以及光纤传感中具有广阔的应用前景。对商用法布里—珀罗(F-P)型激光二极管实施增益开关调制、并进行自注入锁定是产生波长可调谐超短光脉冲的简单、可靠方法,该方法属自注入增益开关技术。衡量自注入锁定系统性能的两个主要参数是其输出的单模激光脉冲的边模抑制比(SMSR)和波长调谐范围。论文首先针对以增益调制的F-P激光二极管为核心的自注入锁定系统,进行了理论上的分析,在频域和时域中分别讨论了关于增益调制的F-P激光二极管在自注入锁定系统中产生波长可调谐超短光脉冲的原理,提出了自注入锁定的实质是锁模的又一个方式,即复合激光腔的高阶锁模;并提出了突出光学物理过程的宏观动态时域计算框架——光脉冲的动态跟踪计算方案,并对两个实际的实验系统进行了模拟计算,结果表明,在光脉冲的SMSR、光脉冲的产生过程,以及光脉冲的形状上,与实际系统符合的较好。然后,提出和建立了几个简单、高效、性能良好的自注入锁定实验系统,实验结果表明,这几个系统可产生可调谐单波长、或双波长超短光脉冲,并且系统所输出的光脉冲在较宽的波长调谐范围内具有较高的SMSR。最后,提出并建立了应用于气体传感的自注入锁定实验系统,实验结果表明,系统具有较高的测量灵敏度。主要创新内容如下: 1.提出并建立了采用两个光纤光栅的自注入锁定基本实验系统,以生成在较宽的波长选择范围内,具有较高SMSR的波长可调谐超短光脉冲。系统的关键是光路结构合理,仅输出光需要光耦合器引导,而反馈光(种子光)则不再通过光耦合器,从而,使种子光具有足够的能量而保证了被选模式的较强竞争力。在增益调制的F-P激光二极管外腔中,采用了两个串联相接的光纤光栅,以扩大波长调谐范围。实验结果显示,在25.7nm的波长调谐范围内,输出光脉冲的SMSR高于32dB。 在基本实验系统的反馈光路中加置EDFA,可以极大地增强被选模式的竞争力。这种改进系统的输出光脉冲在更宽的波长调谐范围里达到极高的SMSR。系统在24nm的波长调谐范围内,获得了SMSR高于40dB的单模光脉冲输出;而在1521.8 nm和1550.0nm之间28.2nm的波长调谐范围内,SMSR高于35dB。 2.提出并建立了利用F-P滤波器入射端面的反射作为输出的自注入锁定基本实验系统,以生成波长可调谐超短光脉冲;并对在此系统的反馈光路中加置EDFA后而形成的改进系统进行了实验研究。 入射端面的反射作为输出的基本实验系统的核心是光路结构合理而巧妙。其关键是将可调谐F-P滤波器的透射光与反射光分开,其中反射光作为系统的输出,使系统不再需要光耦合器来引导输出,从而基本克服了F-P滤波器插入损耗大的缺点,保证了反馈光具有足够的能量。基本实验系统简单高效,并实现了波长的电子调谐。实验结果显示,在26nm的波长调谐范围内输出光脉冲的SMSR高于30dB,且在波长调谐过程中驱动射频电流的重复频率保持不变。 改进实验系统的关键是在反馈光路中加置EDFA。EDFA有效地增强了被选模式的竞争力,所以,输出光脉冲在更宽的波长调谐范围里达到较高的SMSR。系统在30nm的波长调谐范围内获得了SMSR高于30dB的单模光脉冲输出。最高SMSR超过40dB。光脉冲的功率明显增大,最高可达-5.83dBm。