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单频布里渊光纤激光器及其在微波光子学中的应用

【摘要】:单频布里渊光纤激光器结构紧凑,性能稳定,并且对布里渊泵浦光具有线宽窄化和噪声抑制的作用,在光纤传感、高精度频谱分析和微波光子学等领域具有重要的应用前景,因此引起了人们广泛的关注。目前单频布里渊光纤激光器的单频性能已经取得了很大的进步,但是其调谐性能却没有得到明显地改善。为了进一步拓展其应用,需要进一步提高激光的调谐能力。本论文的主要工作是研制可调谐单频布里渊光纤激光器,理论和实验分析了单模光纤长度对激光器阈值功率的影响,并通过实验测量了激光器的输出激光的功率、波长稳定性和激光器的线宽。并以该激光器为基础,系统研究了其在高质量微波光子学产生领域中的应用,主要研究工作包括:(1)基于光纤受激布里渊散射效应设计了一种环形腔布里渊单频光纤激光器,该激光器以单模光纤作为增益光纤,实验研究了腔长对激光器阈值和线宽的影响。实验结果表明,激光器的阈值随着环形腔长度的增加而变小,环形腔的增益光纤长度100m、70m、50m、20m 和 0m 时,激光器的线宽分别为 496.5Hz、457.2Hz、567.8Hz、523.1Hz 和 639.8Hz。实验还测量了激光器的稳定性,结果显示,激光器的稳定性较好,激光器输出的波长波动范围为±0.011nm,功率的波动范围在±0.5dB以内。(2)利用单频布里渊光纤激光器与布里渊泵浦激光器输出的光波进行拍频实现了稳定性较高的微波信号,实验分析了增益光纤长度对激光器线宽的影响。当增益光纤长度分别为100m、70m、50m、20m和Om时,所产生的微波信号的线宽分别为63.18MHz、64.47MHz、53.59MHz、98.86MHz和64.15MHz。通过对腔内的增益光纤进行温度控制可以实现微波信号的可调谐。实验结果显示,所产生的微波信号的频率范围为10.7GHz到11GHz,调谐精度由光纤布里渊频移的温度系数(1.08MHz/℃)决定,约为1.0MHz/℃。实验还显示,所产生的微波信号在-20℃和30℃下具有较好的稳定性。

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