光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器及其在可调谐窄线宽光纤激光器中应用的研究

摘要

可调谐单纵模光纤激光器以其在光纤通信和传感领域的重要应用，成为光纤激光器的重要发展方向之一，也是研究的热点。为实现全光纤激光器，光纤布拉格光栅(FBG)的中心波长具有可以受温度和应力等因素调谐而且易于实现光纤激光器的全光纤化的优点，近年来被广泛应用于光纤激光器中作为波长选择和调谐元件。 因基于光纤布拉格光栅的法布里-珀罗滤波器(FBG-FP)的谐振峰具有非常窄的滤波特性，同时又具有FBG易于与光纤耦合的特点，近年来，有不少将FBG-FP用于光纤激光器中作为选模元件实现单纵模窄线宽激光的研究报道。 本文提出了将两个不同自由频谱宽度(FSR)的光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器(FBG-FP)级联，并对其中一个FBG-FP施加应力，使其透射谱发生整体搬移。基于游标原理，实现两个FBG-FP滤波器透射峰的对准和窄线宽的滤波输出。本文从理论和实验两方面研究分析了基于光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔游标效应的滤波器工作原理和选模特性。 本文首先简述了光纤激光器的原理、应用及其发展现状，并对光纤布拉格光栅的工作原理、刻写方法和基本特性等作了详细的介绍。FOGS-BG仿真软件是基于光纤光栅理论分析方法-耦合波理论与传输矩阵法来分析基于FBG的元件特性的工具。本文接着分析了FOGS-BG所需设置的模式参数，并采用FOGS-BG分析了FBG-FP的透射谱特性及其应力调谐特性；在此基础上，给出了基于两个FBG-FP的游标原理的仿真结果。 本文在FBG-FP游标原理的理论分析的指导下，实验中选择了平均自由谱宽(FSR)分别为97.1pm和76.8pm的两个FBG-FP接入环形腔掺铒光纤激光器中，对其中一个FBG-FP通过平移台移动实现应力调谐，级联后组合滤波器在腔中作为精细选模元件，抑制纵模数，与单个FBG-FP相比，不仅具有更好的选模特性，更容易实现单纵模运转；而且调谐激光所需的应力更小，调谐的灵敏度提高。本文采用了两种方案实现可调谐的掺铒光纤激光器，并对两种方案作了对比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1光纤激光器的发展及应用简介

1.2光纤激光器的基本原理

1.3光纤激光器结构及单纵模实现

1.4光纤激光器的特点

1.5可调谐光纤激光器

1.6本文的主要工作及创新点

第二章光纤光栅的基本原理与分析

2.1光纤光栅的形成原理和刻写方法

2.2光纤光栅的分类

2.3光纤Bragg光栅的工作原理

2.4光纤Bragg光栅基本特性

2.5本章小结

第三章采用光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔特性仿真与分析

3.1法布里-珀罗腔基本原理

3.2采用光纤Bragg光栅的FP腔(FBG-FP)

3.3普通FP与FBG-FP的联系与区别

3.4 FP的游标原理

3.5光纤光栅法布里-珀罗腔特性的仿真与分析

3.5.1光纤布拉格光栅仿真软件FOGS-BG简介

3.5.2 FOGS-BG软件相关参数的设置与分析

3.5.3采用FOGS-BG仿真FBG-FP

3.5.4应力调谐理论仿真

3.5.5游标原理的仿真

3.6本章小结

第四章实验测量与结果

4.1实验所用FBG-FP的制作工艺和参数

4.2 FBG-FP应力调谐的实验与分析

4.3基于光纤光栅法布里-珀罗腔的可调谐光纤激光器

4.3.1环形可调光纤激光方案一

4.3.2环形可调光纤激光方案二

4.3.3两种方案的比较

4.4对在两个FBG-FP滤波器间不加隔离器的分析与讨论

4.5 FBG-FP的选模特性分析

4.6本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文