基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器研究

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1、博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器研究作者姓名王枫学科专业光学工程指导教师毕卫红教授2016年5月中图分类号：TN248学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学博士学位论文基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器研究博士研究生：王枫导师：毕卫红教授申请学位：工学博士学科专业：光学工程所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinOpticalEngineeringSTUDYONTU

2、NABLEERBIUM-DOPEDFIBERLASERBASEDONSUPERIMPOSEDFIBERGRATINGSbyWangFengSupervisor:ProfessorBiWeihongYanshanUniversityMay,2016燕山大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做

3、出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学博士学位论文使用授权书《基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器研究》系本人在燕山大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布

4、论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要多波长、可调谐光纤激光器因能够提供多个波长激光同时输出，且可以实现单/多波长激光的可切换、可调谐输出，在光纤通信系统、光纤传感系统、密集波分复用系统等领域具有广泛的应用。多波长、可调谐光纤激光器小型化、集成化已成为未来的发展趋势。光纤叠栅(SIFG)是一种体积小巧的光栅器件，具有波长间隔、反射率的灵活性，对温度、应变响应的敏感性，利于光纤激光器的

5、集成。因此对基于光纤叠栅的可调谐掺铒光纤激光器(EDFL)进行研究具有十分重要的理论价值和实际意义。本文在总结目前多波长、可调谐EDFL的技术和研究现状的基础上，采用耦合模理论分析了光纤布拉格叠栅(SIFBG)的反射谱特性，研究了多波长线形腔EDFL的工作原理，并实验研究了基于SIFBG和啁啾光栅(CFBG)的可调谐EDFL以及基于D-SIFBG(Double-SIFBG)的可调谐EDFL的输出特性。论文的主要内容包括：首先，基于耦合模理论，在光纤光栅满足谐振耦合的条件下，深入研究了光纤SIFBG的特性

6、，对多波长、输出线宽不同和输出波长间隔不同的SIFBG的反射谱进行了数值仿真分析；分析了掺铒光纤的均匀增益特性；重点研究了线形腔EDFL的重要参数，如粒子数反转、增益、激光器的阈值、输出功率、斜率效率等相互间的约束关系；分析了EDFL的模式竞争、多波长EDFL的稳定振荡条件等。其次，基于Giles模型研究了EDFL的工作原理；设计了结构简单、尺寸小、元件少的双波长、多波长SIFBG和CFBG的光纤激光器结构；实验分别研究了基于双波长SIFBG和CFBG的可调谐EDFL的单/双波长可切换、可调谐激光的输出

7、特性，以及基于三波长SIFBG和CFBG的可调谐EDFL的单/双/三波长可切换、可调谐激光输出特性，分析了泵浦功率、谐振腔腔长等对激光输出的影响，分析了出射激光的稳定性等。再次，为了获得线宽更窄、光信噪比更高的激光输出，设计并制备了窄带宽的双波长D-SIFBG和双波长掺铒D-SIFBG，分别用这两种光栅构成线形腔EDFL，实验分别研究了这两种激光器的输出特性，包括泵浦功率、谐振腔长度对出射激光功率等的影响，出射激光的中心波长和输出功率的稳定性以及出射单/双波长激光的波长可切换、可调谐输出特性等。-I-燕

8、山大学工学博士学位论文最后，分析了多波长D-SIFBG的特性；实验研究了基于多波长D-SIFBG的单波长可调谐EDFL的输出特性，分析了激光器的单波长可调谐激光输出特性，分析了激光器的输出稳定性等。本文对基于不同光纤叠栅的EDFL的特性进行了较为深入的研究，能够为可调谐EDFL向小型化、集成化方向发展提供有价值的参考。关键词：激光器；可调谐光纤激光器；光纤叠栅；啁啾光栅；掺铒光纤-II-AbstractAbstractMulti-wavel