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超长拉曼光纤激光器设计与实现

超长拉曼光纤激光器设计与实现

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作者：董诗盛电子科技大学

学位级别：硕士

随着拉曼光纤激光器(RFL)的发展,基于光纤瑞利散射及拉曼散射的超长拉曼光纤激光器(URFL)在过去几十年得到了广泛研究。RFL以光纤中受激拉曼散射效应作为增益机制,利用光纤作为激光器腔体实现分布式的增益,具有天然的长谐振腔特点。得益... 详细信息

随着拉曼光纤激光器(RFL)的发展,基于光纤瑞利散射及拉曼散射的超长拉曼光纤激光器(URFL)在过去几十年得到了广泛研究。RFL以光纤中受激拉曼散射效应作为增益机制,利用光纤作为激光器腔体实现分布式的增益,具有天然的长谐振腔特点。得益于RFL的长腔特性,在光纤准无损传输系统、保密通信、光纤传感等领域有应用前景。探索光纤激光器的极限腔长是URFL研究中的一个重点问题。目前基于可观测纵模下的URFL仍然停留于早期标准单模光纤及低阶拉曼泵浦方式下。为了进一步扩展URFL理论及应用研究,本论文以提升具有固定纵模模式的URFL极限腔长为目的,基于功率稳态方程对URFL进行数值分析,提出了利用超低损耗光纤、高阶泵浦方式以及掺铒-拉曼混合增益方式来提升URFL腔长的方法,并通过对比实验验证方案的有效性,实现了目前腔长最长的具有固定纵模模式的光纤激光器。主要研究内容如下:(1)364 km超长拉曼光纤激光器:针对现有具有固定纵模模式RFL腔长距离有限的问题,通过理论仿真分析了泵浦方式及光纤传输损耗、瑞利散射系数及拉曼增益系数对URFL腔长性能的影响,提出采用高阶泵浦结合低传输损耗光纤及低瑞利散射系数光纤延长具有固定纵模模式RFL极限腔长的方法。根据理论指导,搭建了基于1090 nm放大后向自发辐射泵浦源及超低损耗光纤的364 km双端泵浦六阶URFL及对比实验,验证了该方案的有效性,实现了RFL腔长距离的突破。同时基于URFL相关研究,对不同结构下准无损传输系统性能进行了理论数值分析,为后续相关研究提供一个理论基础。(2)410 km掺铒-拉曼超长光纤激光器:为进一步延长具有固定纵模模式RFL的腔长距离同时降低激光器阈值,提出高阶泵浦结合超低损耗光纤及掺铒光纤(EDF)的URFL实现方法。结合Giles模型,理论分析了EDF段数及位置对RFL腔长的影响。基于理论仿真结果,在距激光器两端100 km处各加入一段EDF,残余1461 nm激光注入EDF后进一步放大1550 nm激光功率,实现了基于六阶拉曼泵浦的掺铒-拉曼混合增益的超长光纤激光器,将激光器腔长距离显著延长至410km,同时将激光阈值降低至16.2 W。

关键词：光纤激光器拉曼光纤激光器超低损耗光纤瑞利散射准无损传输系统

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