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多波长光纤激光器及其应用研究

作　者: 刘爽
导　师: 孙军强
学　校: 华中科技大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 掺饵光纤激光器 EDFA SOA 光纤光栅 保偏光纤 非线性光纤环镜 马赫-泽德干涉仪
分类号: TN248
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


WDM-PON是国际上近年兴起的全光接入网领域前沿热点研究方向。然而,阻碍其快速发展的“绊脚石”主要是WDM-PON成本居高不下,在目前的网络市场情况下运营商很难冒此风险大面积铺设WDM-PON接入网,这无疑对WDM-PON的研究发起了新的挑战。WDM-PON的高昂成本主要源于其中心局端及光网络单元大量光源的成本。为解决这一问题,目前采用的技术主要有宽带光源的光谱分割技术和在此基础上的注入锁定FP-LD(或RSOA)技术,但这两者均采用非相干光源从而引入较大的强度噪声限制了网络运行速度。多波长激光源作为WDM-PON中心化光源取代以上两种非相干光源技术,将有利于实现高速率运转的WDM-PON。本论文从理论和实验两方面对多波长光纤激光器及相关技术进行了较为深入细致的研究,并取得了若干创新性成果。主要内容包括：(1)对基于悬臂梁结构的多波长可调谐系统进行了理论及实验研究,并首次把多波长光纤叠层布拉格光栅应用于基于悬臂梁结构的多波长可调谐系统,并且得到了自由光谱范围可调谐的多波长滤波器,波长间隔可调谐范围为0.12nm,调制精度达到0.02nm/cm。(2)提出了一种新颖的马赫-泽德涉仪(MZI)的隔离器加强双通道结构。然后,通过详细的理论分析,我们对隔离器加强MZI结构与传统单通道MZI结构和直接双通道MZI结构的梳状滤波特性进行了比较研究。特别考察了MZI的耦合器分支耦合比和偏振相位差对三种MZI结构的滤波消光比及透射峰3-dB带宽的影响。利用三种MZI结构作为掺铒光纤激光器的多波长选模器件,我们分别获得三类多波长掺铒光纤激光器(单通道MZI多波长掺铒光纤激光器、直接双通道MZI多波长掺铒光纤激光器和隔离器加强双通道MZI多波长掺铒光纤激光器)。在直接双通道MZI情况下,我们获得了16个波长的稳定激射(波长间隔21.5 GHz)。然而,直接双通道MZI多波长掺铒光纤激光器通常有较低的激光消光比(仅-26 dB)且缩小波长间隔至单通道MZI多波长掺铒激射时的一半。因此,我们进而采用提出的隔离器加强双通道MZI作为多波长选模器件,获得了高激光消光比(>50dB)的多波长激射(10个振荡波长,间隔为43GHz)。特别地,相比单通道MZI多波长振荡的激射线宽0.0581nm,直接双通道MZI和隔离器加强双通道MZI情况能分别窄化激射线宽至0.031nm和0.037nm。而且,两种双通道MZI多波长掺铒光纤激光器都能保持非常好的稳定性。(3)对基于保偏光纤的光纤环镜进行了理论及实验研究,利用保偏光纤的双折射效应,并将其加入3dB耦合器中,入射光在光纤环镜内干涉叠加并在输出端会产生梳状滤波谱,因此使得这种特殊的光纤环镜具有了梳状滤波的特性。通过改变保偏光纤的长度,可以得到波长间隔为0.4nm和0.8nm的多波长滤波器。再利用高非线性光纤以及高非线性光子晶体光纤在光纤谐振腔中的四波混频效应抑制掺铒光纤放大器的均匀展宽引起的模式竞争,结合基于保偏光纤环镜的多波长滤波器,可以产生波长间隔为0.4nm以及0.8nm,至多15个波长同时稳定输出的多波长光纤激光器。(4)提出了两个不同波段基于SOA的多波长光纤激光器设计方案,并实验验证了多波长的稳定输出。实验中首先用基于SOA的环形腔结构实现了C+L波段的25个波长输出。之后又首次采用1060nm波段的SOA作为增益介质,并结合保偏光纤Sagnac环镜作为梳状滤波器,实现了11个波长的稳定输出。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-27
  1.1 多波长光纤激光器的研究现状  10-19
  1.2 波分复用无源光网络(WDM-PON)  19-25
  1.3 本文主要内容及创新点  25-27
2 多波长光纤激光器的滤波技术  27-43
  2.1 引言  27
  2.2 基于马赫-泽德干涉仪的多波长滤波器  27-29
  2.3 基于保偏光纤的多波长滤波器  29-30
  2.4 基于光纤光栅的可调谐多波长滤波器  30-42
  2.5 本章小结  42-43
3 基于马赫-泽德干涉仪的多波长掺铒光纤激光器  43-68
  3.1 引言  43
  3.2 多波长掺铒光纤激光器原理与理论模型研究  43-51
  3.3 基于马赫-泽德干涉仪的多波长滤波器设计  51-59
  3.4 基于马赫-泽德干涉仪的多波长光纤激光器的实验研究  59-67
  3.5 本章小结  67-68
4 基于保偏光纤的多波长掺铒光纤激光器  68-85
  4.1 引言  68
  4.2 基于保偏光纤滤波器的原理及理论模型  68-72
  4.3 基于保偏光纤的多波长光纤激光器的理论研究  72-76
  4.4 基于保偏光纤滤波器的多波长光纤激光器的实验研究  76-83
  4.5 本章小结  83-85
5 基于半导体光放大器的多波长光纤激光器  85-97
  5.1 引言  85
  5.2 半导体光放大器的原理及理论研究  85-87
  5.3 基于半导体光放大器的多波长激光器的研究  87-95
  5.4 本章小结  95-97
6 总结与展望  97-100
致谢  100-102
参考文献  102-117
攻读博士学位期间发表的论文  117

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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