《基于光纖光柵的光纖激光器、濾波器和傾斜光纖光柵的研究》

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1、北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文基于光纖光柵的光纖激光器、濾波器和傾斜光纖光柵的研究姓名：許鷗申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：簡(jiǎn)水生20090601中文摘要摘要：光纖光柵是光纖技術(shù)中一種非常重要的基本器件，在光纖通信、傳感等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文結(jié)合國(guó)家自然基金及國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目，針對(duì)基于光纖光柵的幾種相關(guān)器件進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要對(duì)光纖激光器及濾波器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并對(duì)傾斜光纖光柵進(jìn)行了詳細(xì)分析，獲得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下：1．提出了一種基于光纖光柵的雙腔Fabry-Perot全光纖結(jié)構(gòu)，

2、給出了能夠在光柵中心波長(zhǎng)處實(shí)現(xiàn)單模運(yùn)轉(zhuǎn)的腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，并討論了制作過(guò)程中腔長(zhǎng)及光柵折射率調(diào)制量為非理想精度或存在誤差時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的影響，為單頻短線(xiàn)腔光纖激光器或環(huán)腔激光器中窄帶選頻器件的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。2．提出并實(shí)驗(yàn)制作了一種將三個(gè)光纖光柵直接寫(xiě)入一段光敏摻鉺光纖中構(gòu)成的線(xiàn)腔光纖激光器結(jié)構(gòu)，這種一體化結(jié)構(gòu)在諧振腔內(nèi)不存在焊接點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量其實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)寬小于5kHZ的單縱模激光輸出。3．提出并實(shí)際制作了一種可開(kāi)關(guān)雙波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)，諧振腔由保偏光纖Sagnac環(huán)鏡與兩不同波長(zhǎng)光纖光柵構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器已實(shí)

3、現(xiàn)任意單波長(zhǎng)或同時(shí)雙波長(zhǎng)激光出射。4．提出了一種基于多個(gè)均勻光纖光柵的全光纖型多腔結(jié)構(gòu)濾波器，旨在改善單腔結(jié)構(gòu)濾波效果，對(duì)其透射特性進(jìn)行了詳細(xì)理論分析與數(shù)值計(jì)算，得出結(jié)論：為了提高諧振峰過(guò)渡帶滾降特性，需要增加結(jié)構(gòu)中光纖光柵的反射率，應(yīng)用于不同情況時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)來(lái)得到所需的透射諧振峰帶寬。對(duì)比四腔結(jié)構(gòu)與兩腔及單腔結(jié)構(gòu)諧振透射峰，進(jìn)一步說(shuō)明了多腔結(jié)構(gòu)對(duì)濾波性能的改善。5．基于利用耦合模理論分析傾斜光纖光柵的方法，建立了反射型均勻周期傾斜光纖光柵簡(jiǎn)化計(jì)算模型，推導(dǎo)出了包括波長(zhǎng)依賴(lài)反射率、最大反射率、峰值反射波長(zhǎng)、傳輸損耗系

4、數(shù)在內(nèi)的譜參數(shù)一般表達(dá)式。其中傳輸損耗系數(shù)表達(dá)式在其他文獻(xiàn)中并未有所報(bào)道。在理論分析的基礎(chǔ)上，分別數(shù)值計(jì)算了反射譜與傳輸損耗譜，研究了傾斜角度、光柵長(zhǎng)度、折射率調(diào)制幅度、入射光偏振態(tài)對(duì)光柵譜特性的影響，并給出了定性的解釋。6．基于耦合模式理論及Mueller矩陣法，首次定量地分析傾斜光纖光柵的偏振特性，推導(dǎo)出明確的傾斜光纖光柵波長(zhǎng)相關(guān)偏振依賴(lài)損耗表達(dá)式，通過(guò)模擬計(jì)算相應(yīng)的偏振依賴(lài)損耗，比較了不同傾斜角度光纖光柵的偏振能力。關(guān)鍵詞：光纖光柵；耦合模理論；光纖激光器；諧振腔；濾波器；傾斜光纖光柵；Mueller矩陣法；偏振特性A

5、BSTRACTABSTRACT：Thefiberphasegratingisanimportantcandidateinfibertechnology,andhasfoⅢldmanyusefulapplicationsinfibercommunicationandfibersensing·Underthesupp嘶sofnation。al863hi曲technologyprogramandnationalnaturesciencefoundation，thisthesisisdevotedtothedetailedtheor

6、eticalandexperimentalresearchesonfibergratingsandfibergratingbaseddevices，mainlyincludingproposingandoptimizingthestructuresoffibercharacteristicsoftiltedfibergratings．1istedasfollows：lasersandfilters，deeplyinvestigatingtheAndthemainachievementsofthisthesisare1．Ano

7、velallfibertwo—cavityFabry-Perotgratingsisproposed．ThedesignguidelinesconfigurationbasedonfiberBraggofthecavitystructurearepresentedtorealizethesinglemodeoperationatthecenterwavelengthofthefibergrating·ThefHbricationerrcIrtolerancesofthestructures，includinginaccura

8、tecavitylengthsandindexmodulationsoffibergratings，arecalculatedanddiscussed，providingtheprinciplesforthedesi盟ofshortlinear-cavityfiberlaserandnar