【摘 要】
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与传统激光器相比,随机激光器（Random Laser,RL）有一个明显特征——没有明确的谐振腔结构,因此降低了腔体设计的要求。其简单的结构、较强的稳定性、较高的可靠性,使得它在生物生命科学、地球科学和国防安全等方面具有巨大的应用价值。一般随机激光器工作需要高功率的泵浦源,输出的激光缺乏方向性,在一定程度上限制了随机激光器的实用化。近年来,一种新型的随机激光器——随机光纤激光器（Random Fi
【基金项目】
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国家重大科研仪器研制项目“光子集成宽带混沌信号发生器（61527819）”； 国家自然科学基金项目“无序缺陷手性液晶体系中光学安德森局域及其调控机理研究（12104335）”； 山西省研究生科研创新项目“基于短掺铒光纤的随机激光器系统（2021Y293）”；
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与传统激光器相比,随机激光器（Random Laser,RL）有一个明显特征——没有明确的谐振腔结构,因此降低了腔体设计的要求。其简单的结构、较强的稳定性、较高的可靠性,使得它在生物生命科学、地球科学和国防安全等方面具有巨大的应用价值。一般随机激光器工作需要高功率的泵浦源,输出的激光缺乏方向性,在一定程度上限制了随机激光器的实用化。近年来,一种新型的随机激光器——随机光纤激光器（Random Fiber Laser,RFL）引起了广泛关注。随机光纤激光器通过光纤限制随机激光的传播方向,结构更简单,设计更灵活,可靠性更高,使得其可广泛应用于无散斑成像、光学传感和通信等方面。其中,成本低廉的普通单模光纤（Single Mode Fiber,SMF）可作为增益介质用于构成随机光纤激光器,但通常需要足够长的距离以累积大量的增益克服系统中的损耗,这必然会导致随机光纤激光器的高阈值。针对此,本论文采取掺铒光纤（Erbium doped Fiber,EDF）作为构成随机光纤激光器的增益介质,设计了两种结构不同的掺铒随机光纤激光器（Erbium doped Random Fiber Laser,ERFL）,以获得阈值较低,效率更高,性能更优的随机光纤激光器。具体研究工作如下:（1）提出了一种结构简单、操作方便的掺铒随机光纤激光器。该系统是由一个高稳定性的980 nm激光器直接泵浦一段较短的EDF实现,该EDF可以同时为随机光纤激光器提供增益和随机反馈。首先,分析了该掺铒随机光纤激光器产生的机理。然后,通过改变EDF的长度研究其对ERFL输出光性能的影响,发现当EDF长度为11 m时,该掺铒随机光纤激光器可获得最低的阈值功率仅有15.2 m W,且此时激光效率最高为16%。此外,输出光谱的激光尖峰的位置和强度是随机变化的,当泵浦功率为30 m W时,随机尖峰的最高信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）为28.5 d B。随着泵浦功率的升高,随机尖峰的数量增加,随机激光输出线宽保持稳定在300 Hz左右。（2）采用增强系统反馈的方式,优化上述掺铒随机光纤激光器。具体提出了:基于Sagnac环的半开腔掺铒随机光纤激光器、基于SMF的掺铒随机光纤激光器、基于Sagnac+SMF的掺铒随机光纤激光器三种结构。研究表明,基于Sagnac环的半开腔掺铒随机光纤激光器可以获得更低的泵浦阈值功率（10 m W）和更高的激光转换效率（23%）。
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