隨機(jī)分布反饋光纖激光器特性研究.pdf_第1頁
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1、不同于傳統(tǒng)激光器,隨機(jī)激光器的光學(xué)諧振腔由多次散射替代,其激光形成于隨機(jī)增益介質(zhì)中的光波多重散射放大。因此,與傳統(tǒng)激光器相比,隨機(jī)激光器具有輻射方向與強(qiáng)度分布隨機(jī)、閾值泵浦功率低、單縱模輸出等特性,因而在軍事與科技領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
  由于隨機(jī)激光輸出方向隨機(jī)、不穩(wěn)定,為改善其不足,人們相繼提出多種低維結(jié)構(gòu)。其中,通過采用光纖作為增益介質(zhì)制成的隨機(jī)光纖激光器可有效提高其輸出的方向性。基于以上研究,Turitsyn等于2010

2、年4月利用分布式瑞利散射和Raman放大成功研制了采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖作為增益介質(zhì)的穩(wěn)定連續(xù)隨機(jī)光纖激光器,隨機(jī)分布反饋光纖激光器的概念由此提出。
  與傳統(tǒng)光纖激光器相比,隨機(jī)分布反饋光纖激光器沒有諧振腔,僅包括泵浦與增益介質(zhì)兩部分,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方向性好,具有輸出連續(xù)穩(wěn)定、傳輸距離長及寬帶波長可調(diào)諧等特性,在非線性光學(xué)、光傳感與光通信等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用前景,因而被認(rèn)為是一種重要的新型光源。
  但就目前而言,隨機(jī)分布反饋

3、光纖激光器的理論研究尚不完善,其運(yùn)行機(jī)理和特性仍需進(jìn)一步探討。此外,隨機(jī)分布反饋光纖激光器的閾值泵浦功率相對(duì)較高,這在一定程度上限制了其在光纖通信及光纖傳感等領(lǐng)域的工程應(yīng)用。
  本文主要對(duì)全開放腔、半開放腔和環(huán)形腔等三種結(jié)構(gòu)的隨機(jī)分布反饋光纖激光器進(jìn)行了研究,分別從理論模型、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)三方面對(duì)其功率分布、光譜特性、相干性等做了分析與探討。
  本文首先以中間泵浦為例,介紹了隨機(jī)分布反饋光纖激光器的理論模型并對(duì)其閾值進(jìn)行

4、求解。
  然后本文對(duì)全開放腔、半開放腔及環(huán)形腔結(jié)構(gòu)隨機(jī)分布反饋光纖激光器的輸出特性進(jìn)行了數(shù)值仿真。其泵浦光波和輸出激光變化趨勢(shì)可通過穩(wěn)態(tài)傳輸方程來進(jìn)行表述,該理論模型中同時(shí)考慮了光纖損耗、瑞利散射、Raman增益及頻率的影響。文中采用打靶法對(duì)不同諧振腔結(jié)構(gòu)的隨機(jī)分布反饋光纖激光器輸出特性進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,不同腔結(jié)構(gòu)中Stokes光波功率分布趨勢(shì)不同,研究有助于光纖放大器的優(yōu)化與設(shè)計(jì);同時(shí),三種腔結(jié)構(gòu)中,當(dāng)腔長相同時(shí),全開放

5、腔對(duì)應(yīng)激光閾值最高,環(huán)形腔次之,半開放腔最低,該結(jié)果可與實(shí)驗(yàn)很好地吻合。
  此外,文中還對(duì)三種諧振腔結(jié)構(gòu)的隨機(jī)分布反饋光纖激光器輸出光譜特性進(jìn)行了觀測(cè)與比較。其中,對(duì)于環(huán)形腔結(jié)構(gòu),當(dāng)其腔長較短時(shí),輸出呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài),而當(dāng)腔長較長時(shí),其輸出光譜帶寬可在較高功率泵浦作用下達(dá)到10 nm。同時(shí),由實(shí)驗(yàn)可得,環(huán)形腔隨機(jī)分布反饋光纖激光器對(duì)外界溫度變化及應(yīng)變擾動(dòng)均不敏感,該研究為隨機(jī)分布反饋光纖激光器在低相干干涉測(cè)量等系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可

6、能。
  最后,作為對(duì)隨機(jī)分布反饋光纖激光器的應(yīng)用探索,本文對(duì)中間泵浦方式下的可變頻譜隨機(jī)光纖激光器相關(guān)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:可變頻譜隨機(jī)分布反饋光纖激光器可實(shí)現(xiàn)雙波長混合輸出,其中短波長主要由FBG影響,當(dāng)外界環(huán)境溫度變化時(shí),其波長將隨之發(fā)生改變,而長波長輸出特性主要源于Raman增益,對(duì)環(huán)境溫度并不敏感。這一特性為隨機(jī)分布反饋光纖激光器在光纖傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可能。
  基于分布式瑞利散射的隨機(jī)分布反饋光纖激

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