雙包層光子晶體光纖激光器及波長轉換器研究.pdf

1、光子晶體光纖(PCF)由于其深刻的物理背景和重要的應用價值而受到廣泛關注，成為光纖光學研究領域的一個新熱點。PCF以其獨特的結構和優(yōu)異的性能，為光纖通信等高新技術領域提供了一種新型的光傳輸介質和光器件。隨著PCF的理論研究、制造技術、性能測量和施工技術等工作的不斷深入和完善，PCF將會成為光纖通信等系統(tǒng)中性能優(yōu)良的光信號傳輸、處理、變換的新一代光子器件。 本論文選題于國家973課題：“基于光子晶體光纖的光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎

2、研究”。課題的主要目標包括：揭示光子晶體光纖中新的調諧機制及非線性機理：研制出各種基于光子晶體光纖的通信光電子器件；研制出基于光子晶體光纖的集成光纖器件等。本文以光子晶體光纖及相關光纖器件為主要研究對象，從課題的目標出發(fā)，主要進行了以下幾個方面的研究工作，并取得了若干創(chuàng)新性成果： 1．文章首先介紹了光子晶體光纖常用的數(shù)值模擬方法，其中詳細討論了有限元方法的基本思想與基本分析步驟，并推導了本征方程，基于磁場波動方程的泛函變分理論推

3、導了在三角形邊單元下，有限元方法的基本公式，以及PML邊界條件的引入。并利用有限元法對空氣孔孔徑漸變光纖的模式和傳播常數(shù)進行了數(shù)值分析。 2．利用有限元法分析結構不規(guī)則的光子晶體光纖的模場分布，計算了由于空氣孔位置偏離和空氣孔變形兩種不規(guī)則情況導致的光纖雙折射，并給出了由于PCF結構不規(guī)則所造成的雙折射與結構不規(guī)則比率、光纖結構參數(shù)之間的關系，數(shù)值模擬所得結果對低雙折射光子晶體光纖設計制作具有一定指導意義。 3．采用F-

4、P腔結構研究了包層泵浦摻。Yb<'3+>光子晶體光纖激光器的輸出特性。在以二向色鏡作為腔鏡的實驗中，獲得了斜率效率57％，波長1074.5nm，功率為2.65W的穩(wěn)定激光輸出；而以二向色鏡和光纖端面構成F-P腔的實驗中，最高獲得了輸出功率為11.69W的激光輸出。且得到的激光光譜的線寬非常窄，顯示出這類光纖激光器的優(yōu)異特性。實驗研究中，雖然采用的是大模場面積光纖，但是由于光纖的優(yōu)越限模作用，激光器仍為單模運轉狀態(tài)。 我們還研究了

5、該包層泵浦摻Yb<'3+>光子晶體光纖的放大特性，雖然輸出結果并不理想，但是我們反復試驗摸索出的光子晶體光纖端面按角度磨制拋光方法為今后光子晶體光纖放大器的成功研制奠定了很好的基礎。 4.采用TFB耦合的方法，研制了全光纖化的包層泵浦Er<'3+>-Yb<'3+>共摻光纖放大器，采用前向泵浦和后向泵浦時所得的輸出功率分別為80mW和50mW(信號光功率約為10mW，1556.84nm)。實驗表明采用后向泵浦的方式能獲得更好的增益

6、平坦度。 5.對基于非線性色散位移光子晶體光纖的全光波長轉換進行了理論和實驗研究。首先從理論上分析了四波混頻發(fā)生的條件，并計算了給定光纖的滿足四波混頻相位匹配條件的泵浦光波長范圍，從理論上指導實驗選取合適的泵浦光源。在實驗上提出了實現(xiàn)基于FWM的波長轉換方案，以可調諧脈沖激光器作為泵浦光，利用光子晶體光纖FWM效應對固定波長的信號(1554.42nm、1537.2nm)進行了高效寬帶波長轉換器的實驗研究。在實驗光路中，利用光纖環(huán)