《四波混频型多波长掺铒光纤激光器的输出特性研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四波混频型多波长掺铒光纤激光器的输出特性研究（学位论文-工学）（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国 内 图 书 分 类 号 ： TN248.1 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 659 密 级 ： 公 开工学硕士学位论文四波混频型多波长掺铒光纤激光器的输出特性研究硕 士 研 究 生 ： 王 佳 晨导 师 ： 姚 勇 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 、 专 业 ： 物 理 电 子 学所 在 单 位 ： 深 圳 研 究 生 院答 辩 日 期 ： 2009 年 12 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TN248.1U.D.C: 659Dissertation for the Master De
2、gree of EngineeringSTUDY ON OUTPUT CHARACTERISTIC OFMULTIWAVELENGTH ERBIUM-DOPED FIBERLASER BASED ON FOUR-WAVE MIXINGCandidate: Wang JiachenSupervisor: Prof. Yao YongAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpeciality: Physical electronicsAffiliation: Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence
3、: December， 2009Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘 要四 波 混 频 型 多 波 长 掺 铒 光 纤 激 光 器 利 用 四 波 混 频 效 应 (FWM)抑 制 掺 铒 光 纤(EDF)中 的 模 式 竞 争 现 象 ， 使 激 光 器 在 室 温 下 可 以 实 现 稳 定 的 多 波 长 输 出 。 本 文对 四 波 混 频 型 多 波 长 掺 铒 光 纤 激 光 器 进 行 了 理 论 研 究 ， 分 析 了 这 类 激 光 器 的 输出 特 性 ，
4、讨 论 了 不 同 的 结 构 参 数 对 激 光 器 输 出 结 果 的 影 响 。首 先 ， 介 绍 了 四 波 混 频 型 多 波 长 掺 铒 光 纤 激 光 器 的 工 作 原 理。分别 描 述 了掺 铒 光 纤 的 增 益 特 性 和 四 波 混 频 效 应 对 腔 内激光能 量 的 重 新 分 配 作 用 。 对 没 有四 波 混 频 介 质 的 掺 铒 光 纤 激 光 器 在 不 同 结 构 参 数 下 的 输 出 特 性 进 行 了 分 析 。 对四 波 混 频 效 应 的 能 量 传 递 作 用 进 行 了 讨 论 。其 次 ， 建 立 了 四 波 混 频 型 多 波 长 掺
5、 铒 光 纤 激 光 器 的 理 论 模 型 。 模 型 所 采 用的 结 构 为 以掺铒光纤为增益介质， 非 线 性 光 纤 为 四波混频介 质 ， 980nm 激 光 泵浦 的 环 形 腔 激 光 器 。 采 用 Giles 模 型 和 耦 合 波 方 程 构 建 了 该 激 光 器 的 理 论 模 型 。最 后 ， 利 用 所建立的 四 波 混 频 型 多 波 长 掺 铒 光 纤 激 光 器 的 理 论 模 型 ， 对 这种 激 光 器 的 工 作 状 态 进 行 了 模 拟 。 观 察 了 激 光 器 模 型 在 不 同 泵 浦 功 率 和 不 同 非线 性 光 纤 长 度 条 件 下
6、 的 输 出 结 果 ， 并 对 结 果 进行了比 较 和 分 析 。 讨 论 了 产 生 不同 结 果 的 原 因 ， 总 结 了 激 光 器 输 出 功 率 谱 与 泵 浦 功 率 和 非 线 性 光纤长度 之 间 的关 系 。模 拟 结 果 表 明 ， 泵 浦 功 率 和 非 线 性 光纤长度 对 激 光 器 的 输 出 功 率 谱 形 状 有显 著 影 响 。 当 泵 浦 功 率 一 定 时 ， 输 出 功 率 谱 与 非 线 性 光纤长度 有 关 。 不 同 的 非线 性 光 纤 长 度 产 生 不 同 的 输 出 结 果 。 过 短 或 过 长 的 光 纤 均 不 利 于 实 现
7、平 坦 输 出 ，选 择 适 当 的 非 线 性 光纤长度才能获 得 平 坦 的输出功 率 谱 。 在 泵 浦 功 率 方 面 ， 过低 的 泵 浦 功 率 不 能 形 成 多 波 长 输 出 。 多 波 长 输 出 只 有 在 泵 浦 功 率 达到某一 阈 值后 才 能 实 现 。 当 泵 浦 功 率 超 过 阈 值 后 ， 较 低 的 泵 浦 功 率 仍 然 不 利 于 多 波 长 输 出 ，必 须 在 非线性光 纤 长 度 达 到 某 一 阈 值 后才能实 现 多 波 长 振 荡 。 对 于 足 以 形 成 多波 长 输 出 的 泵 浦 功 率 ， 提 高 其功率值 可 以 缩 短 实
8、现 平 坦 输 出 所 需 的 非 线 性 光 纤长 度 。 综 上 所 述 ， 在 设 计 此 类 激 光 器 时 ， 应 对 非 线 性 光纤长度 与 泵 浦 功 率 进 行优 化 选 择 。关 键 词 ： 光 纤 激 光 器 ； 输 出 特 性 ； 四 波 混 频 ； 掺 铒 光 纤 I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMultiwavelength Erbium-doped fiber laser based on four-wave mixing (FWM)is a technic that can get stable multiwavelength laser out
9、put at room temperature. Itutilizes FWM effect to mitigate mode competition in erbium-doped fiber (EDF). Inthis paper, a theoretical study on this type of laser is taken. The output characteristicis analyzed, and the influence of some structure parameters is discussed.Firstly, the theory foundation
10、of multiwavelength erbium-doped fiber laser basedon FWM is introduced. Gain characteristic of EDF is demonstrated, as well as theenergy exchange among different wavelengths caused by FWM. The outputcharacteristic of an erbium-doped fiber laser without FWM medium is analyzed, oncondition of different
11、 structure parameters. The energy transfer effect caused byFWM is investigated.Secondly, a theoretical model of multiwavelength erbium-doped fiber laserbased on FWM is established. A ring fiber laser pumped by 980 nm laser diode isstudied. The lasers gain medium and FWM medium are respectively EDF a
12、nd highlynonlinear fiber. The model is based on Giles model and couple-wave equations.Finally, the model of multiwavelength erbium-doped fiber laser based on FWMis stimulated. The output spectrum obtained with different pump power and differentnonlinear fibers lengths is compared and analyzed. The r
13、eason for the differences ofthe output is discussed, and the relationship between the output and the twoparameters (pump power and length of nonlinear fiber) is summarized.The results show that the two parameters notably affect output spectrum. With acertain pump power, the output is related to the
14、nonlinear fibers length. Excessiveshort or long fiber is harmful to the output spectrums flatness. To get a flat spectrum,an appropriate length of nonlinear fiber is necessary. Multiwavelength output cant beformed when pump power is lower than a threshold, and only can be formed with anenough long n
15、onlinear fiber when pump power is low. Higher pump power can getflat output spectrum with shorter nonlinear fiber. As a result, the nonlinear fiberslength and the pump power should be optimized in design of multiwavelength fiberlaser based on FWM.Keywords: fiber laser, output characteristic, four-wave mixing, erbium-doped fiber II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目 录摘 要 . IAbstract . II第 1 章 绪 论 .11.1 课 题 研 究 背 景 .
