多波长铥钬共掺光纤激光器的研究

多波长光纤激光器因具备多波长激射、线宽窄、稳定性高和波长间隔可调谐等多方面优点而被广泛研究,其中2μm波段的多波长光纤激光器在大气传输、气体传感、激光雷达、新型波分复用系统等领域具有潜在的应用价值。因此,对2μm波段可切换窄线宽多波长光纤激光器的研究具有非常重要的意义。本论文结合国家自然科学基金重点项目,针对2μm波段多波长激光器的相关技术进行理论分析和实验研究,并取得了创新性的科研成果。主要内容包括: (1)引入多模光纤模式拍频效应简化模型,并用Rsoft软件对其进行理论模拟。仿真结果中滤波器透射谱表明该模型具有很好的滤波效果;在此基础上提出了一种基于模式拍频效应滤波器的可切换环形腔光纤激光器,采用双极放大结构产生1570nm泵浦光,铥钬共掺光纤作为增益介质,利用多模光纤的模式拍频效应在室温下产生了稳定的单、双、三波长输出,并对波长可切换的激光输出给出了合理的理论解释。通过改变多模光纤长度实现了不同波长间隔的多波长输出,结果表明,波长间隔与多模光纤长度成反比例。通过对波长稳定性能的测试,得到单波长功率波动低于0.4dB,双波长功率浮动低于0.6dB。 (2)开展了基于保偏光纤的Sagnac环镜的梳状滤波原理的理论研究,由产生双折射效应的保偏光纤和3dB耦合器共同构成了Sagnac环镜,两个正交偏振态光束的干涉叠加产生梳状滤波谱;对偏振烧孔效应进行了理论解释,并提出了一种新机制来产生偏振烧孔效应,即把增益光纤盘入偏振控制器的三个圈内,偏振控制器对增益光纤的扭转作用产生相应的应力,所受应力使光纤折射率发生各向异性的改变,由此产生光纤双折射;在此基础上提出了一种基于保偏光纤滤波器的多波长光纤激光器,结合新型偏振烧孔效应机制,在室温下实现了稳定的7个波长输出。 (3)开展了双通道马赫-泽德干涉仪的滤波特性的理论分析,并且与单通道马赫-泽德干涉仪透射谱的波长数目与波长间隔等参数进行对比研究;模拟了双通道马赫-泽德干涉仪与模式拍频效应级联滤波器的透射光谱,并分析了少模光纤长度、干涉臂长度差等参量与透射光谱的关系。在此基础上提出了一种基于马赫-泽德干涉仪与Sagnac环级联滤波器的多波长光纤激光器,实现了室温下波长间隔可调的双波长激光输出。实验结果表明,马赫-泽德干涉仪与模式拍频效应级联的双波长光纤激光拥有更高的波长边模抑制比和更高的激射功率。 (4)开展了低抽运光纤的饱和吸收特性以及机制原理的理论分析,用Matlab软件模拟了饱和吸收体作为瞬态光纤光栅的反射谱、光栅带宽等参数,并且分析其滤波特性与光纤长度、光纤掺杂浓度以及泵浦光强之间的关系,为2μm波段窄线宽光纤激光器的进一步研究做了充分理论依据。