前向Brillouin散射和光纤Sagnac环滤波性的研究

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光纤中前向Brillouin散射的色散曲线在零波矢处近似平坦,能用于产生梳状频率、光衰减器、锁模光纤激光器和光存储等领域。本文从理论和实验详细分析了125μm标准光纤中的横向声学模和前向Brillouin散射,首次在实验中观察到2km高非线性光纤(HNLF)中前向自发Brillouin散射(GAWBS)和高增益的前向受激Brillouin散射(FSBS)现象;结合新型稀土掺杂光纤的研制,提出了一种多偏振控制全光纤Sagnac环滤波器件。主要取得的成果如下:1.建立了横向声学振动模、极化GAWBS和去极化GAWBS散射的散射效率分析模型,首次在2km HNLF中分别观察到散射很大的极化GAWBS和去极化GAWBS光谱,散射效率和散射频率与理论计算完全一致。2.建立了标准光纤中前向受激类拉曼Brillouin散射(SRLS)和前向受激去极化Brillouin散射(SIPS)的增益和振幅分析模型。模型考虑了所有声学振动模式的存在,揭示了Kerr非线性效应对SRLS增益的大小和线型影响,由于Kerr非线性效应的存在,斯托克斯光和反斯托克斯光的增益变大、线宽变宽;增益谱失去了洛仑兹线型;增益的峰值频率偏离中心频率,向低频处移动。3.首次观察到2km标准HNLF中,频率范围从425MHz到1.1GHz的SRLS增益谱,当输入泵浦光8mW时增益峰值出现在振动频率933.8MHz处,增益因子34.7W-1,比Kang等人在Nature Physics上报道的实验值高三倍。揭示了振动模线宽的产生机制,以及注入泵浦光、斯托克斯光和反斯托克斯光的初始相位对SRLS增益的影响。4.提出一种包含多偏振控制的Sagnac环滤波器件,建立多级Jones矩阵分析法对透射输出特性进行分析。多偏振控制Sagnac具有波长间隔可调和边频抑制等优点;透射谱的偏振可调性随偏振控制级数的增加而增强,实验结果与理论研究一致。5.研制了一种新型的高性能稀土掺杂光纤,并实现了单偏振控制Sagnac环和双偏振控制Sagnac环选频调谐的环形腔掺铒光纤激光器。实验中调节PC分别得到了单波长、双波长和多波长激光输出。单偏振控制下得到了输出斜率效率为20%,3dB线宽0.016nm,30dB线宽0.097nm,边模抑制比(SMSR)40dB左右的稳定激光输出。双偏振控制下的3dB和30dB线宽小于0.03nm和0.06nm,室温下30分钟内峰值波长和功率波动小于0.05nm和0.1dB,激光输出的边模抑制比单偏振控制的情况提高了近5dB。
致谢第6-8页
中文摘要第8-10页
ABSTRACT第10-11页
目录第12-15页
第一章 绪论第15-41页
    1.1 引言第15-16页
    1.2 光纤中Brillouin散射的发展第16-19页
    1.3 横向声学模与前向Brillouin散射的发展与现状第19-20页
    1.4 掺杂光纤的制作与发展第20-22页
    1.5 光纤Sagnac环滤波器的发展和现状第22-26页
    1.6 本文主要研究工作和成果第26-28页
    参考文献第28-41页
第二章 横向声学模和GAWBS第41-63页
    2.1 引言第41-42页
    2.2 横向声学模第42-48页
        2.2.1 横向声学模的理论描述第42-43页
        2.2.2 光纤中的R_(0m)模和TR_(2m)模第43-48页
    2.3 光纤中的GAWBS第48-52页
        2.3.1 Brillouin频移第48-49页
        2.3.2 散射效率第49-52页
    2.4 高非线性光纤中的GAWBS第52-58页
        2.4.1 实验装置第52-54页
        2.4.2 GAWBS光谱第54-57页
        2.4.3 讨论第57-58页
    参考文献第58-63页
第三章 前向受激Brillouin散射的理论分析第63-79页
    3.1 引言第63-64页
    3.2 理论描述第64-67页
        3.2.1 电致伸缩理论第64-65页
        3.2.2 前向受激Brillouin散射的分类第65-67页
    3.3 增益和振幅方程第67-75页
        3.3.1 SRLS的标量法分析第67-72页
        3.3.2 SIPS的矢量法分析第72-75页
    参考文献第75-79页
第四章 光纤中的SRLS第79-107页
    4.1 引言第79页
    4.2 Kerr非线性效应对SRLS的影响第79-88页
        4.2.1 光纤中的光波模式第79-81页
        4.2.2 光纤中的Kerr非线性效应第81-83页
        4.2.3 含有Kerr非线性的SRLS第83-85页
        4.2.4 计算与模拟第85-88页
    4.3 高非线性光纤中的SRLS第88-97页
        4.3.1 初始相位的影响第88-91页
        4.3.2 实验装置第91-92页
        4.3.3 实验结果与讨论第92-97页
    4.4 微结构光纤中的SRLS第97-102页
        4.4.1 微结构光纤第97-100页
        4.4.2 微结构光纤中的声光互相作用第100-102页
    参考文献第102-107页
第五章 掺杂光纤的制作和光纤Sagnac环滤波器第107-143页
    5.1 引言第107页
    5.2 掺杂光纤第107-119页
        5.2.1 掺杂光纤的制作第107-110页
        5.2.2 掺铒光纤第110-115页
        5.2.3 掺镱光纤与铒镱共掺光纤第115-119页
    5.3 高双折射Sagnac理论分析第119-123页
    5.4 高双折射Sagnac环的调节特性第123-132页
        5.4.1 偏振无关性第123-124页
        5.4.2 HBF的调节特性第124-125页
        5.4.3 PC的调谐特性第125-129页
        5.4.4 实验结果与讨论第129-132页
    5.5 高双折射Sagnac环滤波的可调环形腔掺铒光纤激光器第132-138页
        5.5.1 单偏振控制Sagnac环滤波的可调环形腔掺铒光纤激光器第132-135页
        5.5.2 双偏振控制Sagnac环滤波的可调环形腔掺铒光纤激光器第135-138页
    参考文献第138-143页
第六章 结语第143-147页
    6.1 主要工作第143-144页
    6.2 下一步研究第144-147页
附录A第147-149页
作者简历和攻读博士学位期间发表的成果第149-153页
学位论文数据集第153页
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