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多波长光纤光源及其腔外电调谐技术研究

作　者: 胡苗苗
导　师: 王肇颖
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 半导体光放大器多波长光纤光源线宽窄化机制功率平坦化机制单边带调制器多波长腔外电调谐
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

多波长光纤光源广泛应用于光纤通信、光纤传感、微波光子学等领域。本文研究基于半导体光放大器(SOA)的多波长光纤光源,着重对光源的线宽优化、功率谱平坦化进行了研究。同时,提出利用腔外电调谐技术实现多波长整体调谐的方案,并对此进行了理论分析和初步实验研究。本文的主要内容如下:一、多波长光纤光源的理论研究1、建立了多波长光源的基本数学模型。采用SOA有源区分段法对不同SOA驱动电流下多波长光源的稳态输出结果进行了数值模拟。2、模拟了高双折射(Hi-Bi)光纤环形镜的滤波原理;分析了未泵浦掺铒光纤(EDF)环形镜的窄化线宽原理;研究了多纵模和单纵模激光线宽的测量方法。3、理论分析了无源和有源反馈机制对多波长光源输出功率谱平坦化的原理。二、基于SOA的多波长光纤光源的实验研究1、分别利用Hi-Bi环形镜与窄线宽梳状滤波器作为滤波装置构建了多波长光纤光源,分析比较了不同的多波长输出结果。2、利用不同长度的未泵浦EDF构建环形镜对多波长光源进行线宽窄化实验,并测得激光线宽为199MHz。3、对多波长光源的功率谱平坦化进行了实验研究。分别采用无源反馈机制、有源反馈机制、不同SOA级联方法,实现了功率差±3dB以内频率间隔100GHz的31个、36个和38个多波长输出;SOA级联并结合无源反馈机制实现了功率差±1.5dB范围内频率间隔100GHz的32个多波长输出。三、多波长光纤光源的腔外电调谐技术研究1、理论分析了单边带(SSB)调制器的工作原理。提出利用射频源驱动SSB调制器实现波长调谐的实验方案。2、对利用SSB调制器实现单一波长移频进行了实验研究。分别得到移频量为8GHz、10GHz以及12GHz的结果,边带抑制比达20dB。3、对利用腔外电调谐法实现多波长整体调谐进行了实验研究。在不影响多波长输出频率间隔、线宽大小、功率谱稳定性的情况下,多波长可以整体实现10MHz~12GHz的调谐频率范围,调谐精度由多波长线宽和射频信号精度决定。实验测量了调谐量在8GHz、10GHz以及12GHz时的多波长整体调谐结果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 光纤光源的发展历史  8
  1.2 光纤光源的研究现状及应用  8-10
    1.2.1 光纤光源在光通信领域的应用  8
    1.2.2 光纤光源在光纤传感领域的应用  8-9
    1.2.3 光纤光源在生物医学领域的应用  9
    1.2.4 光纤光源在微波光子学领域的应用  9
    1.2.5 光纤光源在工业领域的应用  9-10
  1.3 多波长光纤光源的分类及研究现状  10-12
    1.3.1 多波长掺铒光纤激光器  10-11
    1.3.2 多波长拉曼光纤激光器  11
    1.3.3 基于半导体光放大器（SOA）的多波长光纤激光器  11-12
  1.4 本论文的主要工作  12-14
第二章多波长光纤光源的理论研究  14-26
  2.1 多波长光纤光源的数学模型及数值模拟  14-17
  2.2 多波长光源的梳状滤波装置理论研究  17-18
  2.3 多波长光源的线宽窄化理论研究  18-20
  2.4 线宽测量的理论分析  20-24
    2.4.1 光外差法测量多纵模激光线宽  20-22
    2.4.2 延时自外差法测量单纵模激光线宽  22-24
  2.5 多波长光源功率谱平坦化理论研究  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章基于SOA 的多波长光纤光源实验研究  26-47
  3.1 SOA 本身特性的研究  26-29
    3.1.1 SOA 在不同注入电流条件下的ASE 谱比较  26-28
    3.1.2 不同参数的SOA 特性比较  28-29
  3.2 多波长光纤光源的线宽优化实验  29-35
    3.2.1 高双折射光纤环形镜作为滤波装置的实验  29-31
    3.2.2 窄线宽梳状滤波器作为滤波装置的实验  31-33
    3.2.3 未泵浦掺铒光纤环形镜作为线宽窄化机制的实验研究  33-35
  3.3 线宽测量实验研究  35-39
    3.3.1 多纵模激光线宽测量实验研究  35-37
    3.3.2 单纵模激光线宽测量实验研究  37-39
  3.4 多波长光纤光源的功率谱平坦化实验  39-45
    3.4.1 加入无源反馈机制的实验  39-40
    3.4.2 加入有源反馈机制的实验  40-43
    3.4.3 级联SOA 作为增益介质的多波长光纤光源  43-45
  3.5 本章小结  45-47
第四章多波长光纤光源的腔外电调谐研究  47-62
  4.1 多波长调谐技术的现有研究方法  47-48
  4.2 利用单边带调制器实现波长调谐的理论分析  48-52
    4.2.1 SSB 的工作原理  48-51
    4.2.2 利用SSB 实现移频的实验原理  51
    4.2.3 SSB 调制器移频过程中引入的光谱噪声  51-52
  4.3 利用单边带调制器实现单一波长调谐的实验研究  52-55
    4.3.1 利用SSB 实现单一波长调谐的实验装置  52
    4.3.2 相位调制器偏置电压Vp 对移频结果的影响  52-53
    4.3.3 射频偏置电压V1、V2 对移频结果的影响  53-54
    4.3.4 射频驱动信号的频率对移频结果的影响  54-55
  4.4 腔外电调谐法实现多波长整体调谐的实验研究  55-61
    4.4.1 多波长光纤光源整体腔外电调谐的实验装置  55-56
    4.4.2 相位调制电压Vp 对多波长调谐结果的影响  56-58
    4.4.3 射频驱动信号频率对多波长调谐结果的影响  58-59
    4.4.4 腔外电调谐方案对多波长信号质量的影响  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章总结与展望  62-64
  5.1 总结  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

多波长光纤光源及其腔外电调谐技术研究

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