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《基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》篇一摘要：本文针对基于光纤光栅F-P（Fabry-Perot）的环形腔光纤激光器进行了深入研究。
首先，介绍了光纤激光器的基本原理和环形腔结构的特点；然后详细阐述了光纤光栅F-P的基本原理及其在环形腔光纤激光器中的应用；最后，通过实验验证了该结构的激光性能，并对结果进行了分析讨论。
一、引言随着科技的不断进步，光纤激光器因其高光束质量、高转换效率和高稳定性等优点在众多领域得到了广泛应用。
环形腔光纤激光器作为其中的一种重要结构，具有高功率、高光束质量等优点，在光通信、传感、医疗等领域具有广泛的应用前景。
而光纤光栅F-P作为一种重要的光学元件，具有高精度、高稳定性和高灵敏度等特点，在光纤激光器中具有重要的应用价值。
因此，研究基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、光纤激光器基本原理及环形腔结构特点光纤激光器是利用光纤作为增益介质，通过一定的激励方式实现光子放大的一种激光器。
其基本原理包括泵浦源激励、增益介质、谐振腔等部分。
环形腔光纤激光器是一种特殊的结构，其谐振腔呈环形结构，具有高反馈率、高光束质量等优点。
此外，环形腔结构还可以实现多模运行或单模运行，具有灵活的激光模式控制能力。
三、光纤光栅F-P的基本原理及其在环形腔光纤激光器中的应用光纤光栅F-P是一种基于Fabry-Perot干涉原理的光学元件，具有高精度、高稳定性和高灵敏度等特点。
其基本原理是通过在光纤中制作两个反射面，形成一个Fabry-Perot干涉仪，实现对光信号的调制和滤波。
在环形腔光纤激光器中，光纤光栅F-P可以用于实现激光器的模式控制、线宽压缩和波长调谐等功能。
四、实验验证及结果分析为了验证基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的性能，我们进行了实验研究。
首先，搭建了环形腔光纤激光器实验装置，并采用光纤光栅F-P作为谐振腔内的滤波元件。
然后，通过调整泵浦源的功率和光纤光栅F-P的参数，实现了对激光器的模式控制、线宽压缩和波长调谐等功能。
《基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的研究》篇一一、引言光纤激光器在近年来的激光技术发展中得到了广泛的关注，尤其在传感器、通讯以及光学加工等多个领域都有显著的应用。
环形腔光纤激光器是其中一种常见的结构，而其性能的提升则往往依赖于关键技术的创新。
本文将重点研究基于光纤光栅F-P （Fabry-Perot）的环形腔光纤激光器，探讨其工作原理、性能特点以及潜在的应用前景。
二、光纤光栅F-P技术概述光纤光栅F-P技术是一种基于光纤光栅和Fabry-Perot干涉原理的光学技术。
它通过将两个反射面（如两个光纤端面）间的光进行干涉，以实现特定波长的光的过滤和选择。
该技术的主要特点包括高精度、高稳定性以及高分辨率等。
三、环形腔光纤激光器工作原理环形腔光纤激光器由泵浦源、环形腔、输出耦合器等部分组成。
其中，环形腔是激光器的核心部分，它通过将光在环形路径中多次反射和放大，从而实现激光的产生。
基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器，通过在环形腔中引入光纤光栅F-P结构，能够进一步提高激光器的性能。
四、基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器的设计及实验研究4.1 设计方案本研究中，我们设计了基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器，该激光器主要由单模光纤、光纤光栅F-P结构、泵浦源和输出耦合器等部分组成。
其中，光纤光栅F-P结构用于选择特定波长的光，并提高激光器的输出性能。
4.2 实验过程我们首先制备了光纤光栅F-P结构，并将其集成到环形腔光纤激光器中。
然后，我们使用高功率的泵浦源对激光器进行泵浦，并观察其输出性能。
通过调整光纤光栅F-P结构的参数，我们得到了不同波长的激光输出。
4.3 实验结果及分析实验结果表明，基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器具有较高的输出功率和稳定性。
同时，通过调整光纤光栅F-P结构的参数，我们可以得到特定波长的激光输出，具有较高的光谱纯度。
此外，该激光器还具有较好的抗干扰能力和环境适应性。
五、潜在应用前景及发展趋势基于光纤光栅F-P的环形腔光纤激光器在传感器、通讯、光学加工等领域具有广泛的应用前景。
环形光学谐振腔环形光学谐振腔是一种可用于实现非线性光学效应的重要器件。
它允许光在环形光路中多次反射，并在中间介质和介质之间来回传播。
这种腔体可以增加光的光程长度，从而增强非线性效应。
本文将介绍环形光学谐振腔的基本原理、应用、制备和优化方法。
1.基本原理环形光学谐振腔是由一段光纤弯曲成圆环形状制成的，两个端面上包含高反射率和低反射率衬底的半反射镜。
当光从光纤传到环形腔中，它将多次自我匹配，形成一个纵向模式。
该谐振腔的光学腔长与波长比是整数倍。
因此，当光线在腔中传播时，它将被放大和稳定，从而导致许多有趣的非线性光学效应。
2.应用环形光学谐振腔广泛应用于光学传感器、光频梳、量子计算等领域。
例如，在光学传感器中，通过改变腔长来改变环形光学谐振腔周围介质的折射率可以确定环境中的折射率，从而实现对气体、液体或固体的检测。
此外，该谐振腔还可以用于测量非线性光学介质中的精细结构、制备光量子态、增强非线性光学效应和产生新颖的非线性光学现象。
3.制备在制备环形光学谐振腔时，首先要从一个通常为光纤的单模光纤制备出间断环的光纤构架。
为了使制备的环形光学谐振腔具有足够的机械强度和耐用性，通常先要在光纤弯曲区域施加一层保护套管。
接下来，使用微切割器和腐蚀剂在光纤的表面上制作微小凸台和凹槽。
最后，通过双面刻蚀技术在光纤末端制作半反射镜，将其形成环形光学谐振腔。
这种方法可以制备出Miniaturized和高度集成的环形光学谐振腔，具有较高的革新性和灵活性。
4.优化方法为了优化环形光学谐振腔的性能，一些非常有效的方法已经被提出。
其中的一个方法是通过使用二分频技术和最佳化二分频晶体的尺寸来增加谐振腔的带宽，从而使它更适用于广域非线性效应。
另一个优化方法包括使用波导耦合全反射和自动相位控制系统来优化谐振腔的耦合和微调。
此外，通过使用具有较高对称性的环形光学谐振腔，也可以优化非线性光学效应的表现，这是因为具有足够高的对称性可以减少过渡辐射流，从而增强非线性光学过程发生的可能性。
太原理工大学物理系王云才课题组 2008 Annual ReportOptics Laboratory Institute of Optics & electronics Physics Department Taiyuan University of Technology太原理工大学物理系光电技术研究所光学实验室王云才教授小组2008年科研工作总结R e s e a r c h R e p o r t 2008Three questions to all the graduate students in my group:What are the most important problems inyour field?Now, are you working on one of them?Why not?（2008.12.1-2）小组全家福课题组成员教授： 王云才博士、教授、博士生导师太原理工大学物理系主任、理学院副院长山西省物理学会、山西省光学学会副理事长副教授：杨玲珍（博士）讲 师：王娟芬（博士） 王安帮 王冰洁（博士生）张明江（博士生） 张建忠研究生：物理电子学：李静霞 孔令琴 张秀娟 牛生晓 赵清春郭东明 龚天安 丁燕青 樊林林 李海忠张继兵 杨丛渊 梁君生 张英英 闫西岳李 璞光 学 工 程：乔占朵 李光辉 邬云翘 陈莎莎 汪洋 郑婉君郑建宇 潘尔明 朱建峰 钱建军 赵彤 马建议 凝聚态物理：冯野课题组研究方向：1.半导体激光器的非线性动力学特性及其应用主要研究在外光注入或者外光反馈的微扰下，半导体激光器输出的动态特性及其应用。
2.混沌激光测距与激光雷达利用光反馈半导体激光器得到宽带的混沌载波，基于相关技术实现具有低截获概率、高抗干扰能力、高精度的新型测距测速雷达。
利用光反馈半导体激光器产生的宽带混沌激光作为探测信号，基于相关技术实现高分辨率、高动态范围的新型光时域反射测量技术（混沌激光时域反射计）。
图４．６定向耦合器结构设计图当波长为１．５５／ｔｍ的光波从定向耦合器端口１入射后，在光波导中光场的２Ｄ—ＢＰＭ如图４．７所示。
图４，７定向耦合器的２Ｄ－ＢＰＭ图４．３．３探测器输入输出关系实验所用探测器为高响应度ＩｎＧａＡｓ平面结构ＰＩＮ探测器，其作用就是把接收到的光信号转换为电信号。
探测器的输出：，＝互１卜Ｅ。
１２＝丢∑；“‰．ｃｘｐ№“埘－ｆ（丸喃）】（４．８）因为解调的时候是利用依次谐波完成，因此经过带通滤波后，上式之存在ｋ＝∥±１（即‰这一项）。
，＝∑以以＋。
魂魄＋．ｃｏｓｋｆ＋魄＋．一磊）】（４．９）将其中ＣＯＳ的式子展开后，可写成下述的形式：Ｉ＝ＣＯＳＣＰｊ＋Ｂｓｉｎ‰，（４．１０）其中Ａ＝∑以以＋。
‰玩＋。
ｃｏｓ（Ｃ，。
一九＋。
）（４．１１）丑＝一∑以以。
趣魄＋。
ｃｏｓ（磊。
一九。
）（４．１２）由贝赛尔函数的性质可知…，只要考虑ｋ＝－ｉ，０，＋１的项即可，而其他的项的影响就很小了。
因此Ａｌ＝ＪｏＪｌ‰啊ＣＯＳ（庐１一丸）＋Ｊｏ，ｌ‰允ｌｃｏｓ（Ｃｏ一舡１）（４．１３）Ｂｊ＝－ＪｏＪｌ‰啊ｃｏｓ（织一九）＋山，ｌｈｏｈ＿１ｅｏｓ（妒。
一九１）（４．１４）在解调时，用的是ｓｉｎ％（利用正交锁相法将正弦项提出，除去余弦项），所以输出电流与频移的关系就用墨项表示。
将环形谐振腔传递函数的具体公式和贝塞尔函数代入晟中，就可以画出下面的图。
图４．８谐振环输出解调信号与频差的关系仿真图形图４．ｎ当光从端口１输入端口３的购麻信号图４．１２从端口１到端口４的信号如图４．１２，波长为１．５５９ｍ的光波从环形谐振器端１入射，经过在经过定向耦合器一部分光从端口４射出，另一部分被耦合进环形腔，经过在环形腔内传输。
４２图４．１３实际测试谐振特性曲线激光驱动电路使激光器输出波长为（五＝１５５０ｎｍ）的锯齿波，端口４由ＰＩＮ光电探测器，示波器显示谐振图形。
由图形可以看出自由谱宽度。
当光纤环长度为３ｍ，插入损耗托＝ｏ．１４ｄＢ（３．２％），光纤环损耗为８０哆乞，可以得到为墨＝ｏ．９６２，算出精细度Ｆ的值大约为７０。
第30卷 第1期光 学 学 报Vol.30,No.12010年1月ACTA OP TICA SINICAJ anuary ,2010 文章编号:025322239(2010)0120132205环形腔光纤激光器中光谱边带不对称性特性研究高玉欣 徐文成 罗智超 罗爱平 宋创兴(华南师范大学光电子信息科技学院,光子信息技术广东省重点实验室,广东广州510006)摘要 理论分析了环形腔锁模光纤激光器中光谱边带不对称性产生的物理机制,实验中搭建了环形腔被动锁模光纤激光器平台,通过调节偏振控制器,在L 波段获得了明显不对称的边带光谱。
实验结果表明,光谱不对称性主要存在两方面的明显特点:1)强度不对称性,最明显时正二级的强度比负二级的强度高14.28dBm ;2)数量不对称性,最明显时正级数量要比负级数量多5个。
通过对光谱边带不对称性物理机制的分析对如何消除边带效应以获得理想的孤子脉冲具有重要的指导意义。
关键词 激光器;边带不对称性;光纤激光器;被动锁模;环形腔中图分类号 TN248 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20103001.0132Ch a r act e ris t ics of t he S i deba n d As y m met r y i n a Fi be r Ri n g L as e rGao Yuxin Xu Wencheng L uo Zhichao L uo Aiping Song Chuangxing(L abor a tor y of Photonic Inf or m a tion Tech nology ,School of I nf or m a tion of Op toelect ronic Science a n d Engi neeri ng ,Sout h Chi n a Nor m al U niversit y ,Gu a ngzhou ,Gua ngdong 510006,Chi n a )Abs t r act Physical mechanism of the sideband asymmet ry is theoretically analyzed in the fiber ring lasers ,A passive mode 2locked erbium 2doped fiber ring laser is const ructed in the experiment ,The obvious asymmet ry of the spect ral sidebands in an L 2band is obtained by adjusting polarization cont rollers.The asymmet ry of sidebands can be observed in two aspects :on the one hand ,the asymmet ry of the power between the positive and the negative order numbers is obvious ,which can be observed that the intensity of the positive second order is higher 14.28dBm than that of the negative same order ;on the other hand ,the sideband asymmet ry numbers f rom the positive to the negative orders are also obvious ,the number of the positive orders is more 5numbers than that of the negative.The sideband asymmet ry is usef ul for the research of eliminating the sidebands and acquiring the ideal soliton p ulses and so on.Key w or ds lasers ;sideband asymmet ry ;fiber laser ;passively mode 2locking ;ring cavity 收稿日期:2009201219;收到修改稿日期:2009204210基金项目:广东省自然科学基金(04010397)资助课题。
作者简介:高玉欣(1981—),女,硕士研究生,主要从事光纤激光器和高码率光通信等方面研究。
E 2mail :liayuan322@导师简介:徐文成(1965—),男,教授,博士生导师,主要从事光纤激光器及其在高码率光通信系统中的应用等方面的研究。
E 2mail :xuwch @ (通信联系人)1 引 言自从1550nm 光通信窗口打开以来,光纤通信向着远距离、高容量的方向发展,该发展趋势对激光光谱的平滑程度以及脉冲前后沿的非重叠性无疑提出了更高的要求。
而在超短脉冲掺铒光纤激光器实验中,产生的光谱总伴随着边带。
光谱边带一方面使光谱的主脉冲能量减少,另一方面使激光器输出脉冲的频谱质量发生劣化,容易使信号之间产生串扰,从而直接影响激光器在长距离光纤通信系统的应用。
因此,如何获得无光谱边带的超短脉冲是近年来非线性光纤光学研究领域中一个重要的研究课题[1～6]。
对光谱边带的研究国内并不多。
国外从20世纪80年代开始就有人提出了光谱边带的问题,但是在整个80年代,对于边带的产生原因、不对称性机理、如何消除边带等仍处于探索研究阶段。
1982年R.H.Stolen 等[7]对双折射光纤中光脉冲以不同的角度入射时对脉冲整形效应做了初步的研究,为以1期高玉欣等: 环形腔光纤激光器中光谱边带不对称性特性研究后的边带不对称性研究奠定了理论基础。
1991年N.Pandit 等[8]将边带不对称性的起因归结于拉曼散射效应,较长波长低频率范围内的边带产生是由于较短波长高频率的孤子放大作用引起的。
1994年D.U.No ske 等[1～3]提出了调制不稳定性会产生光谱边带的不对称性。
W.S.Man 等[6,9,10]将光谱边带不对称性解释为环形腔内双折射效应产生不同的光谱滤波效果所致。
2007年叶辉等[11]利用飞秒脉冲光谱边带效应测量了光纤色散,获得了满意的结果。
在文献[11]的基础上进一步研究环形腔光纤激光器中激光光谱边带不对称性特性,分析光谱边带产生的物理机制以及如何消除边带成分以获得理想的孤子脉冲。
2 理论分析边带的形成是由于光在激光腔中运转经过光纤耦合器输出的损耗与在掺铒光纤中的增益放大导致激光腔中脉冲能量与峰值功率的周期性扰动,形成孤子并泄露出色散波,而该孤子和泄露出的色散波达到干涉相长的条件时,即在该处形成边带,表示为β(ω0)+β1δω+k s -β(ω0+δω)L =2πm ,(1)式中m 为整数,β(ω0+δω)是色散波的传播常数,k s 是孤子波数。
即只要(1)式中满足m 是整数时,左右等式成立,一个级数的边带即可产生。
本实验中,为了更好的分析边带不对称性物理机制,将整个环形腔等效为如下模型[7,12,13]。
由于色散波强度小,非线性效应较弱,对边带不对称性的分析仅考虑激光腔中的线性传输特性[7]。
由图1所示的模型,整个系统的透射比表示[9,14～16]为T 2=co s 2θ1sin 2θ2+sin 2θ1co s 2θ2+12sin 2θ1sin 2θ2cos Δφl ,(2)图1环形腔中激光器等效装置图Fig.1Equivalent setup to the fiber ring laser式中T 为系统的透射比,θ1为光经过偏振相关隔离器后快轴y 与起偏器投射方向v 之间的夹角,θ2是偏振器方向v 与快轴y 之间的夹角,Δφl 为该系统产生的线性相移,具体表达式为Δφl =2πL λs(n x -n y ),(3)式中n x ,n y 为腔内沿两个主轴的平均折射率,λs 为信号光波长。
由(2)式可知,改变θ1和θ2时,其透射比亦会相应改变。
如图2中曲线所示,θ1=π/4,θ2=π/4时,主波透射比T 达到最大值1;当保持θ2值不变,改变θ1(如图2中虚曲线所示),色散波的光谱透射比相对于主波透射比有很大的漂移。
也就是说,改变θ1,色散波的光谱透射比会相对于主波透射比向长波方向漂移,色散波和主波发生干涉相长的几率在长波长范围内多一些,从而使得长波范围内的正级数边带数量要比短波范围内负级数边带数量多一些,长波范围内的正级数边带强度也比短波范围内的同等级数的负级数边带强度强一些(如图2所示)。
此外,由图2还可以看出,实验中只要调节偏振控制器PC 1(调节θ1)至不同的角度,相应的会导致透射比达到极大值并且其中心波长位置发生改变,同时透射比的极大值的大小也相应地发生改变,从而改变不同波长的吸收滤波效果,最后造成激光光谱中心波长两边出现不对称的光谱边带。
图2色散波的光谱透射比(虚线)和主波透射比(实线)相对于波长的变化情况Fig.2Systemtransmittanceversusthedifferentwavelength between the dispersive wave (the dashed line )and the major wave (the solid line )3 实验结果及分析图3所示为环形腔掺Er 3+光纤激光器实验装置图。
半导体二极管(LD )激光器(中心波长为980nm )为抽运源。
OC1和OC2为输出耦合器,耦合比为90∶10,其中10%为输出端。
PD 2ISO 为特别定制的偏振相关隔离器,它有两方面的作用:1)偏振相关的隔离器将随机偏振入射的光波转变为线偏振光;2)和双折射光纤组合实现了被动锁模的光强敏感的类饱和吸收体的作用。
PC1和PC2为偏振片,是为了改变光的偏振态。
331光 学 学 报30卷图3环形腔光纤激光器实验装置图Fig.3Schematic diagram of the doped fiber ring laser 环形腔光纤激光器工作原理如下:从PC1出来的光经过其作用变为椭圆偏振光,进入掺Er 3+光纤得到增益放大,后进入PC2,在此过程中,由于克尔效应,使得椭圆偏振光的两个相互垂直的偏振分量经历相同长度的光纤所产生的非线性相移不同,进而使椭圆偏振光的偏振态发生了改变。
当光经过PC2时,将调整光脉冲的偏振方向与后面的偏振相关隔离器PD 2ISO 的偏振方向一致,这样的结构使得光脉冲的峰值经历最小的损耗而通过,而光脉冲的两翼经历了较大的损耗而削减掉,从而使光脉冲发生窄化(类似于快饱和吸收体),最终达到锁模状态。
