L波段超荧光光纤光源及包层泵浦Er<'3+>/Yb<'3+>共掺光纤激光器的研究

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随着光纤通信系统的不断发展,更高功率、更宽带宽的光纤光源成为国内外的研究热点。本论文结合这一研究热点,对L波段超荧光光纤光源和包层泵浦Er3+/Yb3+共掺光纤激光器进行了理论和实验的研究探讨,主要内容包括以下几个方面: 1.L波段掺铒超荧光光纤光源(ED-SFS)的理论和实验研究 构建了一种新型双程前向结构的L波段ED-SFS,此结构中增益光纤被分成两段,分别置于WDM耦合器前后,置于WDM耦合器之前的未泵浦光纤长度与总光纤长度的比值定义为RL。理论模拟了RL对ED-SFS输出特性的影响,并在实验中验证了模拟结果。结果表明通过优化RL可明显改善L波段ED-SFS的输出光谱特性和功率特性,当泵浦功率一定,RL为0.75时,输出光谱带宽比RL=0时(传统DPF结构)增加了15nm,功率转换效率也明显提高;实验中,当RL=0.70时,得到了1558-1604nm范围内的平坦光谱,光谱平坦度<1dB,在107mW泵浦功率下,输出功率为23.6mW,斜率效率达到41.5%。实现了单激光器泵浦的高效L波段超荧光光纤光源。 2.L波段包层泵浦Er3+/Yb3+共掺超荧光光纤光源(EYD-SFS)的实验研究 利用激光二极管阵列(LDA)通过锥形光纤束耦合器(TFB)对Er3+/Yb3+共掺双包层光纤进行泵浦,实现了全光纤化的包层泵浦EYD-SFS。实验研究了不同结构的包层泵浦EYD-SFS的输出特性,结果表明,双程后向结构具有最大的转换效率,但前向泵浦结构是实现L波段超荧光输出的最佳选择。 利用小功率的L波段ED-SFS作自发辐射种子源(LbandASEseed),然后利用双程前向结构包层泵浦Er3+/Yb3+共掺光纤放大器对其进行放大,实现了全光纤化的瓦量级L波段超荧光光纤光源。实验中,在泵浦功率为4.4W时获得了0.94W的超荧光输出,光谱范围从1560nm到1615nm,覆盖了整个L波段,光—光转换效率为21%。 3.包层泵浦Er3+/Yb3+共掺光纤激光器(EYDFL)的实验研究 以15m长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤(EYDF)为增益光纤,975nm尾纤输出的激光二极管阵列作泵浦源,通过锥形光纤束耦合器(TFB)对EYDF进行泵浦,构建了线性腔和环形腔两种结构的全光纤化包层泵浦EYDFL。 在线性腔结构中,分析了输出腔镜反射率对激光器输出特性的影响。结果表明,当输出腔镜反射率较低时输出激光质量较高。用4%菲涅尔反射的光纤端面作为激光器的输出腔镜,得到了稳定的激光输出,在泵浦功率为3.16W时输出功率达1.027W,光-光转换效率为32.5%。 实验研究了环形腔结构中EYDFL在不同输出耦合器耦合比时的输出特性,发现输出耦合比为99%时激光器具有最佳的输出性能:输出波长为1565.8nm,在泵浦功率为3.53W时输出功率达到1.07W,斜率效率为33%,光—光转换效率达30.5%。
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