【摘 要】
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随机光纤激光器作为一种无固定谐振腔的新型光纤激光器,具备效率高、结构紧凑、成本低等优点,成为通信、传感、生物等领域一种极具潜力的光源,而随机光纤激光器中的窄线宽特性是其中备受瞩目的发展方向。现有的窄线宽随机光纤激光器大多采用瑞利散射或人造随机散射增强点的方案,存在反馈光纤较长、反馈强度较弱、模式竞争严重等缺点,导致激光器起振阈值较高、斜率效率较低且相对强度噪声特性较差。针对以上存在的问题,本论文从
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随机光纤激光器作为一种无固定谐振腔的新型光纤激光器,具备效率高、结构紧凑、成本低等优点,成为通信、传感、生物等领域一种极具潜力的光源,而随机光纤激光器中的窄线宽特性是其中备受瞩目的发展方向。现有的窄线宽随机光纤激光器大多采用瑞利散射或人造随机散射增强点的方案,存在反馈光纤较长、反馈强度较弱、模式竞争严重等缺点,导致激光器起振阈值较高、斜率效率较低且相对强度噪声特性较差。针对以上存在的问题,本论文从理论原理出发,基于仿真分析与实验研究,设计并制备了基于随机弱光纤光栅阵列的随机光纤光栅,利用该光栅搭建了窄线宽随机光纤激光器,并将激光器应用在了分布式传感系统中,证明该激光器在传感、通信等领域有较大的应用潜力。论文主要研究内容包括:（1）基于光子局域化理论与传输矩阵法理论分析随机光纤光栅（RFBG）的传输特性,分别仿真分析了RFBG的级联个数、光栅调制深度、单光栅长度及光栅间间距对RFBG的整体反馈强度、反射峰密度,以及反射峰半高全宽的影响,为RFBG的设计提供了指导意义。基于仿真结果与本文激光器设计需求,设计并制备两组RFBG,第一组光栅设计参数为单个光栅长度为2mm、反射率约为5%,光栅级联个数为15个,间距在2-7mm中取随机数;第二组光栅设计参数为单个光栅长度为1mm、反射率约为2%,级联个数分别为15/30/50/75个,光栅间距在1-2mm间取随机数。（2）基于RFBG搭建了环腔的随机光纤激光器,并系统分析了激光器的各项输出性能。结果显示该激光器输出中心波长为1549.2nm,光信噪比达72d B,起振阈值约为20.7m W,斜率效率为14.5%,最大输出功率为53.12m W,在6分钟内,输出功率波动低于2%,输出中心波长波动＜0.02nm,线宽＜774Hz,在0.4MHz以上的相对强度噪声＜-140d B/Hz,1k Hz以上相位噪声＜-12d B（rad~2/Hz）。进一步实验探究了级联光栅个数对激光器输出的各项参数的影响,从整体的激光器性能的变化规律判断,级联光栅个数的提升（15-75）,会使激光器输出起振阈值、线宽以及相位噪声相应降低,而斜率效率与相对强度噪声有所提升,该实验为日后窄线宽随机光纤激光器的设计提供了参考价值。（3）设计并搭建了基于窄线宽随机光纤激光器的φ-OTDR分布式传感系统,激光器在未做稳频、封装及放大等处理的情况下,实现了5k Hz振动信号近乎无失真还原,信噪比达28d B,其余信道保持了未响应的状态。表明了窄线宽随机光纤激光器在传感领域的应用潜力。
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