锁模光纤激光器及其应用研究.docx

华中科技大学博士学位论文锁模光纤激光器及其应用研究姓名：张巍巍申请学位级别：博士专业：光电信息工程指导教师：孙军强20090110华中科技大学博士学位论文摘要超短脉冲光源是目前非线性光学、超快光学技术领域中的一个非常活跃的前沿课题也是实现光纤通信系统超高速、大容量传输的关键技术之一。因此对产生超短脉冲的锁模光纤激光器的理论和实验研究具有非常重要的意义。另外波分复用(WDM)与光时分复用(OTDM)是目前扩大光通信容量的有效途径。积极探索锁模光纤激光器在WDM以及OTDM系统中的潜在应用比如作为多波长超短脉冲光源、实现时钟提取与时钟分频等也具有重大应用价值。本论文从理论和实验两方面对锁模光纤激光器进行了较为深入细致的研究并对其在WDM/OTDM中的应用进行了探索性研究全文内容如下：(1)针对8字形锁模光纤激光器以及非线性偏振旋转(NPR)锁模光纤激光器均利用了非线性薛定谔方程以及Ginzburg-Landau方程相结合建立了数学模型。通过利用分步傅里叶方法对两个模型进行了数值研究分析了两种激光器腔内各元件参数对形成的锁模脉冲中各参数的影响模拟了锁模脉冲在激光腔内的形成过程。(2)利用包含高非线性光纤和掺铒光纤的非线性放大光环形镜(NALM)构成的8字形锁模光纤激光器在实验上得到了包括类噪声脉冲、孤子脉冲以及绑定孤子脉冲的输出。其中类噪声脉冲中含有的孤子分量其脉冲宽度为773fs孤子脉冲的脉冲宽度为2.03ps。另外在含有高非线性光纤的非线性偏振旋转锁模光纤激光器中也得到了类噪声脉冲输出。(3)利用色散补偿光纤(DCF)同基于单端半导体光放大器(RSOA)的注入型主动锁模光纤激光器相结合在实验上得到了重复频率为10GHz脉冲宽度均在23.3ps附近的3波长锁模脉冲同时输出。通过增加额外的SOA给环腔提供增益得到了重复频率为10GHz的6波长锁模脉冲稳定输出。该多波长锁模光纤激光器可以方便地实现多个波长的同时调谐而且对外界注入光频率及波长的漂移、对环腔长度的扰动等都有很好的容忍度。另外利用作为梳状滤波器的光纤延时干涉仪同基于RSOA的注入型主动锁模光纤激光器相结合也得到了重复频率10GHz的5波长锁模脉冲输出。在腔内额外加入SOA提供增益的情况下波长数扩展到了8个。I华中科技大学博士学位论文(4)利用DCF同基于RSOA的注入型主动锁模光纤激光器相结合在实验上得到重复频率为10GHz的注入时钟信号的稳定二阶、三阶以及四阶全光时钟分频。该结构对注入的时钟脉冲信号不要求其本身就含有分频分量。(5)对利用turbo-switch结构产生超宽带(UWB)信号进行了数值和实验研究。使用SOA的分段模型数值上分析了利用级联turbo-switch结构产生一对极性相反的UWBmonocycle信号以及一UWBdoublet信号。在实验中利用两个RSOA构成的turbo-switch结构产生了中心频率为3.33GHz10dB带宽为5.47GHz相对带宽165%的UWBmonocycle信号。关键词：非线性放大光环形镜非线性偏振旋转色散补偿光纤多波长锁模全光时钟分频II超宽带华中科技大学博士学位论文AbstractUltrashortopticalpulsesourceisanattractiveresearchfrontierinnonlinearopticsandultrafastoptics.Itisalsoakeytechnologytorealizeultra-highspeedopticalcommunications.Thereforeboththeoreticalandexperimentalresearchesonmode-lockedfiberringlaserhavegreatsignificance.Inadditionwavelengthdivisionmultiplexing(WDM)andopticaltimedivisionmultiplexing(OTDM)aretwoeffectivemethodstoenlargethetransmissioncapacityoftheopticalcommunicationsystems.Itisusefultoexplorethepotentialapplicationsofthemode-lockedfiberringlaser