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微结构光纤激光器件的理论与实验研究

作　者: 王超
导　师: 董孝义；刘艳格
学　校: 南开大学
专　业: 光学
关键词: 微结构光纤掺Yb3+双包层微结构光纤激光器泵浦耦合技术光纤拉曼放大器分布式混合光纤拉曼放大器光纤光栅多参量传感熔接损耗
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文在对微结构光纤传输机制和基本特性进行研究的基础上,探索了微结构光纤在一些光电子功能器件方面的应用,并对基于微结构光纤作为增益介质的光纤激光器件进行了设计分析和初步的理论与实验研究。本文的主要研究内容和成果包括:1、研究了微结构光纤的基本特性及其基础应用。从研究微结构光纤的传导机制和传导模式出发,分析不同结构的光子晶体包层的能带结构,研究折射率传导和光子带隙传导两种机制下光纤的传导模式及色散、损耗和有效模场面积等基本特性。接着利用改进的电弧熔接方法实现了微结构光纤与普通单模光纤的低损耗熔接,并在理论上对微结构光纤的熔接损耗特性进行了计算分析。在此基础上对微结构光纤光栅进行了理论和实验研究,在柚子型光敏微结构光纤上成功写制了布拉格光栅,观察到多波长的反射峰,并利用全矢量有限元方法对微结构光纤布拉格光栅中的多波长谐振现象进行了理论分析,最后在实验上对其在多参量传感和多波长光纤激光器件中的应用进行了尝试。2、对高功率掺镱双包层微结构光纤激光器的输出特性进行了初步的理论和实验研究。结合微结构光纤的特殊模场分布特点,建立了分析双包层微结构光纤激光器输出特性的理论模型。在实验上利用大模场单模掺Yb3+双包层微结构光纤,构建了端面泵浦线性F-P腔结构的光纤激光器,实现激光运转并进行了分析。光纤后端面直接输出时获得了最大11.6W的输出功率,斜率效率达到了86%以上。在选用二色镜作为激光器后腔镜的实验中,在泵浦功率7.8W时获得了2.6W激光输出,波长为1074.5 nm,斜率效率为54%。3、对基于高非线性微结构光纤的拉曼放大器进行了理论研究。根据微结构光纤的模场特点自行建立了描述微结构光纤拉曼放大器的简化理论模型,开发了模拟计算拉曼光纤放大器的程序,选取不同参数对微结构光纤拉曼放大器的增益和噪声特性进行了理论研究。分析了泵浦方式和损耗对放大器增益和噪声特性的影响,并对其增益饱和特性进行了研究。最后对线性腔结构的混合光纤拉曼放大器的开关增益和噪声特性进行计算,在理论上证明微结构光纤对分布式拉曼放大器性能的改善与否取决于微结构光纤的位置。4、对高非线性微结构光纤作为增益介质的光纤拉曼放大器进行了初步的实验研究。将普通单模光纤和高非线性微结构光纤共同作为增益介质构成线形腔结构的混合分布式拉曼放大器,对其增益和噪声性能进行了详细的实验研究。与普

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-30
  1.1 引言  11
  1.2 微结构光纤概述  11-25
    1.2.1 微结构光纤的概念  11-12
    1.2.2 微结构光纤的导光机制  12-14
    1.2.3 微结构光纤的制作技术  14-15
    1.2.4 微结构光纤的理论分析方法  15-18
    1.2.5 微结构光纤的基本性质  18-25
  1.3 微结构光纤激光器件的研究现状及其应用  25-28
    1.3.1 微结构增益光纤及其特点  25-27
    1.3.2 微结构光纤激光器件的研究进展  27-28
  1.4 本论文研究的主要内容  28-30
第二章微结构光纤基本特性及微结构光纤光栅研究  30-53
  2.1 微结构光纤的传导机制及传导模式分析  30-35
    2.1.1 折射率传导微结构光纤的传导机制  30-32
    2.1.2 光子带隙微结构光纤的传导机制  32-35
  2.2 微结构光纤的色散分析  35-36
  2.3 微结构光纤的有效模场面积和非线性效应  36-37
  2.4 微结构光纤与单模光纤的低损耗熔接研究  37-42
    2.4.1 微结构光纤与普通单模光纤的熔接损耗分析  37-38
    2.4.2 微结构光纤与普通单模光纤的熔接实验  38-40
    2.4.3 微结构光纤与普通单模光纤熔接的理论分析  40-42
  2.5 微结构光纤光栅的理论分析与实验研究  42-52
    2.5.1 微结构光纤布拉格光栅的理论模型  42-43
    2.5.2 微结构光纤布拉格光栅中的模式耦合  43-45
    2.5.3 微结构光纤布拉格光栅的写制  45-47
    2.5.4 微结构光纤布拉格光栅在多参量传感中的应用  47-49
    2.5.5 微结构光纤布拉格光栅在多波长光纤激光器中的应用  49-52
  2.6 小结  52-53
第三章掺镱双包层微结构光纤激光器研究  53-66
  3.1 掺Yb~(3+)双包层微结构光纤激光器的理论分析模型  53-56
  3.2 掺 Yb~(3+)双包层微结构光纤激光器的实验研究  56-64
    3.2.1 双包层微结构光纤参数  56-57
    3.2.2 半导体激光器泵浦源  57-58
    3.2.3 耦合系统  58
    3.2.4 实验方案及装置  58-59
    3.2.5 实验结果  59-63
    3.2.6 实验分析  63-64
  3.3 小结  64-66
第四章微结构光纤拉曼放大器的理论研究  66-83
  4.1 光纤拉曼放大器概述  66-71
    4.1.1 受激拉曼放大的基本原理  66-67
    4.1.2 光纤拉曼放大器的特点  67
    4.1.3 光纤拉曼放大器的泵浦方式  67-68
    4.1.4 光纤拉曼放大器的性能参数  68-70
    4.1.5 微结构光纤拉曼放大器的研究进展  70-71
  4.2 微结构光纤拉曼放大器的理论模型  71-74
    4.2.1 光纤拉曼放大器的完备仿真模型  71-72
    4.2.2 微结构光纤拉曼放大器的简化理论模型  72-74
  4.3 微结构光纤拉曼放大器的数值分析  74-82
    4.3.1 数值模拟的参数选取  74-75
    4.3.2 不同泵浦方式对拉曼放大器性能的影响  75-78
    4.3.3 光纤损耗对拉曼放大器性能的影响  78
    4.3.4 增益饱和特性研究  78-80
    4.3.5 混合拉曼放大器的数值模拟  80-82
  4.4 小结  82-83
第五章微结构光纤拉曼放大器的实验研究  83-95
  5.1 微结构光纤拉曼放大器的泵浦源  83-86
    5.1.1 复用半导体泵浦激光器  84
    5.1.2 级联式光纤拉曼激光器  84-85
    5.1.3 高功率双包层光纤激光器  85-86
  5.2 混合微结构光纤拉曼放大器的实验研究  86-93
    5.2.1 实验参数与装置  86-88
    5.2.2 混合拉曼放大器前向泵浦实验  88-90
    5.2.3 混合拉曼放大器后向泵浦实验  90-91
    5.2.4 混合拉曼放大器双向泵浦实验  91-93
    5.2.5 实验结果分析  93
  5.3 小结  93-95
第六章总结与展望  95-97
参考文献  97-105
攻读硕士期间发表的学术文章  105-106
致谢  106

微结构光纤激光器件的理论与实验研究

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