伴随着光纤制造工艺和半导体激光器技术的迅速发展,超高速率和超大容量的通信需求是通信网络技术面临的一个重大挑战,多波长光纤激光器由于其结构简单、工作稳定、性价比高等优点受到广泛关注,在国防军事、工业加工、遥感、医疗及光纤通信等领域得到了广泛的应用。本文从多波长光纤激光器的研究现状入手,介绍了多波长光纤激光器中必需的光纤滤波器技术、掺铒光纤的受激原理、基于双芯光纤的耦合模理论。进行了掺铒双芯光纤滤波器的设计与制作,该结构可以同时作为增益介质和光纤滤波器。最后进行了多波长光纤激光器的搭建,主要内容如下:(1)调研了当前多波长光纤激光器的国内外研究现状,对激光器的结构和多波长输出性能等问题进行了分析。阐述了掺铒光纤激光器的结构和原理,介绍了几类光纤滤波器的结构和工作原理,仿真分析了其传输函数与结构参数的关系。分析了双芯光纤滤波器的原理,推导出双芯光纤的耦合模方程,仿真分析了双芯光纤的结构参数对耦合系数和自由光谱范围的影响。(2)以仿真结果为基础,制作了掺铒双芯光纤滤波器,观测了传输损耗特性。搭建了基于非线性光学环形镜(NOLM)的多波长掺铒双芯光纤激光器的结构,获得稳定的多波长输出。NOLM作为振幅均衡器,在激光器谐振腔内引入了强度相关损耗,削弱了模式竞争。该激光器获得了8个波长的稳定输出,相邻输出波长的间隔是1.5 nm,光信噪比大于45 d B。在室温下半小时之内8个波长的输出波长漂移均小于0.01 nm,输出功率波动均小于0.7 d B,展示了非常好的稳定性。(3)提出了基于非线性偏振旋转(NPR)效应的波长数可切换多波长光纤激光器,获得稳定的多波长振荡,其中NPR效应引入了强度相关的非均匀损耗,可以抑制模式竞争。通过调节偏振控制器,该激光器获得了单波长、双波长和三波长三种输出模式,实现了波长数可切换的功能,双波长和三波长输出的相邻输出波长的间隔均是1.1 nm,三种模式的光信噪比均大于42 d B。在室温下半小时之内,三种模式的输出波长漂移均小于0.016 nm,输出功率波动均小于1.36 d B,展示了良好的稳定性。这种波长数可切换的掺铒光纤激光器在光通信和光纤传感领域有潜在的应用。
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