软玻璃微结构光纤中四波混频效应理论分析及其应用研究

论文摘要

四波混频（Four-wave mixing,FWM）是一种产生覆盖紫外至中红外波段可调谐相干激光的重要技术,被广泛应用于生物医学、大气通信、分子光谱学、气体检测以及国防安全等领域。相比于石英光纤,软玻璃光纤在中红外波段具有高透过率和高非线性。软玻璃微结构光纤可以实现对色散、模场面积、非线性以及传输模式的调控,是四波混频效应的理想增益介质。本文主要围绕软玻璃光纤中的FWM效应进行了理论分析与实验研究。数值模拟了碲酸盐光子晶体光纤（Photonic crystal fiber,PCF）中基模注入情况下,以及硫系微结构光纤中矢量模场注入情况下的FWM演变过程。实验研究了布里渊辅助FWM效应产生的多波长激光输出特性。本文主要研究内容如下:一、设计碲酸盐光子晶体光纤,数值分析孔间距、孔直径与孔间距的比值分别对光纤的零色散波长和FWM的相位匹配条件的影响,并且研究了光纤长度（从2 m到10 m）、入射泵浦光功率（从5 W到15 W）、入射信号光功率（从-10 dBm到30 dBm）、信号光波长（从1.26951μm到1.27012μm）和闲频光波长（从1.99800μm到1.99950μm）对信号光增益以及闲频光的影响。当入射泵浦光功率增大时,信号光的输出功率与增益增大;增大入射泵浦光或信号光功率都能使闲频光的输出功率增加;闲频光转化效率只能通过增大入射信号光功率来提高,闲频光的最大转化效率约为26%。二、设计As2Se3微结构光纤,数值分析不同矢量光场的信号光注入条件下,纤芯直径（从6.0μm到7.0μm）和泵浦波长（2.80μm到2.90μm）对相位匹配条件的影响,通过模拟计算,比较不同光纤长度（从0.4 m到1.4 m）下信号光的矢量光场对信号光增益与闲频光转化效率的影响。当纤芯直径为6.5μm,泵浦波长为2.85μm,光纤长度为1.2 m,不同矢量光场信号光注入时,信号光的增益都超过27.8 dB,闲频光转化效率都达到23.4%以上。当注入的信号光模式分别为HE21even、TE01、TM01和HE21odd时,能够产生波长为5.196559、5.229995、5.280924和5.325436μm的闲频光。三、实验验证一种基于布里渊辅助FWM效应的宽光谱多波长光纤激光器,在10 nm范围内获得了超过110条频率梳线,波长间隔约为0.09 nm。通过实验研究,分析掺铒光纤放大器（EDFA）的功率、布里渊泵浦光的波长与功率对多波长频率梳线数的影响。该多波长激光器的工作波长与功率都具有良好的稳定性。通过在腔内加入可调滤波器（TF）,使多波长激光输出的可调谐性得到显著提高,在1540 nm到1570 nm的整个30 nm的可调谐范围内,总线数一直保持在110以上。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王鹏

导师: 高伟清

关键词: 四波混频,软玻璃微结构光纤,相位匹配条件,矢量光束,多波长光纤激光器

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 合肥工业大学

分类号: TN253

总页数: 92

文件大小: 5859K

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