開題報告模板

1、一、 畢業(yè)設(shè)計(論文)課題來源、類型 隨著高容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，波分復(fù)用技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用，尤其是DWDM已成為實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)升級擴容最為經(jīng)濟和有效的途徑。但隨著密集波分復(fù)用系統(tǒng)的使用，固定波長激光器的缺點逐漸顯露出來。一方面，隨著DWDM技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)中的波長數(shù)達(dá)到了數(shù)十甚至數(shù)百，在需要提供保護的場合，每個激光器的備份必須由相同波長的激光器提供，這樣導(dǎo)致備份激光數(shù)量增加，成本上升；另一方面，由于固定波長激光器需要區(qū)分波長，激光器的類型隨著波長數(shù)的增加而不斷增加，因而造成資源浪費。因此采用可調(diào)諧光纖激光器將有效地解決固定波長激光器存在的不足之處，大大降低系統(tǒng)的運營成本和備份成本。 由于

2、目前基于密集波分復(fù)用的系統(tǒng)傳輸容量已經(jīng)超過10Tbits,多波長激光器就很好地成為該系統(tǒng)的激光光源，可以同時為多個信道提供所需光源，使光發(fā)射端的成本大大降低；同時，多波長光纖激光器在分布光纖傳感、激光測距和光譜分析等領(lǐng)域也有著廣泛的用途。因此可調(diào)諧多波長激光器有著重要的研究和使用價值。 課題來源：自選課題。 課題類型：應(yīng)用研究。 二、選題的目的及意義 激光科學(xué)以及激光密切相關(guān)的光子學(xué)正在孕育著突破性進(jìn)展。因此研究本課題的意義不僅在于可以提高本人對所學(xué)知識靈活運用的能力，使之與實際更好結(jié)合，培養(yǎng)理論分析能力和獨立解決問題的能力，更有助于自己以后在學(xué)習(xí)生活中遇到問題時形成良好的思維模式，將無形中形

3、成的數(shù)學(xué)物理方法用于各種問題的分析和研究。 可調(diào)諧雙波長光纖激光器的研究意義在于：為了進(jìn)一步提高通信容量，現(xiàn)代光纖波分復(fù)用（WDM）通信系統(tǒng)正朝著信道數(shù)目越來越多的方向發(fā)展。提供多路信號最直接的方法就是采用多個固定波長的激光器。這樣就會增加固定波長激光器的數(shù)量，勢必造成系統(tǒng)成本的增加，資源的浪費。因此，可調(diào)諧的多波長光纖激光器不僅可以同時為多個信道提供所需光源，使發(fā)射端的設(shè)計更為緊湊、經(jīng)濟；而且激光器輸出的波長同時還可調(diào)諧，適用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)中波長動態(tài)分布的情況，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。性能優(yōu)良的可調(diào)諧多波長光源在光纖傳感、光譜分析和激光測距等領(lǐng)域也有極大的應(yīng)用價值。所以，對可調(diào)諧雙波長光纖激

4、光器的研究無疑具有重大的意義。 摻鉺光纖激光器是在摻鉺光纖放大器技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。光纖激光器是波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)可容強泵浦，具有高增益、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、輸出光束質(zhì)量好、線寬窄、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特性。而且光纖基質(zhì)具有很寬的熒光譜，光纖激光器一般都可做成可調(diào)諧的。其光譜頻率可以覆蓋目前光纖通信的1550nm波長窗口處。以上優(yōu)勢使得激光器非常適合于目前WDM系統(tǒng)應(yīng)用。 三、 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 國內(nèi)從20世紀(jì)80年代末、90年代初開始光纖激光器領(lǐng)域的研究工作，清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、南開大學(xué)、上?？萍即髮W(xué)、吉林大學(xué)以及郵電部和電子部所屬的一些研究單位在光纖激光器和相關(guān)器件的研究

5、中都取得了一定的進(jìn)展。主要有利用擠壓式可調(diào)諧光纖光柵進(jìn)行了摻鉺光纖激光器的輸出特性研究。實驗表明：腔內(nèi)損耗小而增益較大時，宜采用透過率較大的耦合器將激光功率有效地耦合出來；利用光纖光柵作為調(diào)諧裝置研制了可調(diào)諧的光纖激光器，調(diào)諧裝置簡單，性能穩(wěn)定；采用線性腔結(jié)構(gòu)，用兩個光纖環(huán)形鏡作為諧振腔的反射鏡，一個環(huán)形鏡作寬帶反射鏡，另一個環(huán)形鏡進(jìn)行波長選擇，通過調(diào)節(jié)環(huán)境中的偏振控制器控制不同波長的反射率，從而使特定波長的光在腔內(nèi)形成振蕩。此外還有很多學(xué)者對光纖激光器可調(diào)諧的研究，這些研究都得到了廣泛的應(yīng)用。 在多波長的研究方面，早期的研究是在腔內(nèi)放置F-P標(biāo)準(zhǔn)具或馬赫-增德爾干涉儀作為梳狀濾波進(jìn)行選模，另

6、外還有利用高雙折射光纖環(huán)形鏡、光纖光柵、Sagnac環(huán)境等作為梳狀濾波器實現(xiàn)多波長的輸出。將光纖光柵作為選擇性反饋器件，可以通過串接多個不同波長的光纖光柵，也可以只接一個多反射峰光纖光柵實現(xiàn)多波長輸出。吉林大學(xué)利用光纖Bragg光柵構(gòu)成各種調(diào)諧裝置，獲得了高性能、低成本、適合光纖通信用的光纖激光器，同時，還研究了可調(diào)諧環(huán)形腔光纖激光器。但是，由于相關(guān)器件和核心技術(shù)的制約，光纖激光器距離實用化、國產(chǎn)化、商品化階段還有較大差距。 國外在光纖激光器的研究方面已經(jīng)非常成熟。英國研究所實驗室于1987年首次展示了用各種定向耦合器制作的光纖激光器裝置，該實驗室用氟化鈷光纖作為增益介質(zhì)，利用激光二極管作為泵

7、浦光源的制作光纖激光器，并且為光纖激光器如何獲得各個波長的輸出做了開拓性的工作。美國空軍研究實驗室與一些國防部門共同開發(fā)軍用光纖激光器，實驗研究采用模塊方法制作光纖激光器，主要目標(biāo)是開發(fā)出百瓦和千瓦的激光器以實現(xiàn)其在空軍中的應(yīng)用。在多波長光纖激光器的研究方面更是經(jīng)歷了短短數(shù)十年時間的飛速發(fā)展。 近幾年來有關(guān)可調(diào)諧摻鉺光纖激光技術(shù)的研究工作，主要是圍繞摻鉺光纖激光器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、調(diào)諧技術(shù)及相關(guān)器件研究等方面展開的，提出了各種不同結(jié)構(gòu)的摻鉺光纖激光器，無論是在調(diào)諧范圍、調(diào)諧精度以及輸出激光帶寬和功率方面都有了進(jìn)一步的提高。 四本課題主要研究內(nèi)容1.查閱文獻(xiàn) （1）了解可調(diào)諧摻鉺光纖激光器國內(nèi)外開發(fā)現(xiàn)

8、狀和發(fā)展趨勢； （2）了解FBG傳感器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。 2 掌握FBG傳感器的基本特性，其中包括FBG的溫度特性、軸向應(yīng)力特性和橫向應(yīng)力特性； 3 掌握摻鉺光纖激光器基本工作原理及相關(guān)知識； 4 了解環(huán)形腔和線性腔區(qū)別，設(shè)計雙波長摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)； 5 對環(huán)形腔摻餌光纖激光器特性參數(shù)進(jìn)行分析； 6 選擇雙波長摻鉺光纖激光器各元器件，掌握它們各自功能及使用參數(shù)性能； 7 研究光衰減器特性，實現(xiàn)不同單波長輸出或雙波長同時振蕩輸出； 8.設(shè)計在等懸臂梁上加載載荷的方法實現(xiàn)雙波長間隔調(diào)諧。 9.研究可調(diào)諧雙波長摻鉺光纖激光器： （1）制定可調(diào)諧雙波長摻鉺光纖激光器系統(tǒng)，開展雙波長激光振蕩輸出實驗；

9、（2）建立雙波長摻鉺光纖激光器系統(tǒng)，開展雙波長激光振蕩輸出實驗； （3）通過在等懸臂梁上加載不同載荷的方法，調(diào)諧雙波長的波長間隔，開展雙波長調(diào)諧相關(guān)實驗。 （4）調(diào)節(jié)衰減器，開展不同單波長輸出或雙波長同時輸出 （5）總結(jié)實驗，提出改進(jìn)措施。 五、完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑） 經(jīng)過對環(huán)形腔摻鉺光纖激光器主要器件性能的分析，最終確定了本課題的研究方案。環(huán)形腔摻鉺光纖激光器方案設(shè)計如圖1所示： 環(huán)形器光隔離器Y型濾波器132980nmLD980nm/1550nmWDM鉺纖90:10輸出耦合器10%輸出圖1 可調(diào)諧雙波長環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng)由泵浦源、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、輸

10、出耦合器、環(huán)形器、隔離器以及Y型濾波器構(gòu)成。從LD尾纖輸出的980nm光波由980nm/1550nmWDM耦合進(jìn)入環(huán)路，經(jīng)過摻鉺光纖轉(zhuǎn)換為中心波長為1550nm左右的光，傳輸?shù)?0:10耦合器，其中10%光波耦合到輸出端，90%光波提供反饋通過環(huán)形器進(jìn)入Y型濾波器。該濾波器包括兩根光纖Bragg光柵FBG1和FBG2，其中心波長都在1550nm附近。由于FBG1和FBG2的窄帶濾波作用，只有符合兩根光纖Bragg波長條件的兩個光波經(jīng)過環(huán)行器回到環(huán)路，由于隔離器的作用，反射光只能在環(huán)路中沿順時針方向傳播，再次經(jīng)EDF獲得適當(dāng)?shù)脑鲆婧蟮竭_(dá)Y型濾波器，重復(fù)上述過程，即實現(xiàn)了環(huán)路振蕩。當(dāng)所獲得的增益大

11、于腔內(nèi)損耗時，耦合器的輸出端輸出激光，利用分辨率為0.01nm的光譜分析儀進(jìn)行觀測。由于摻鉺光纖的熒光譜是從1530nm1560nm的寬帶光譜，作為光纖激光器窄帶濾波器件的光纖Bragg光柵，根據(jù)不同反射波長，可以輸出相應(yīng)波長的激光。 3dB耦合器光衰減器1FBG1FBG2光衰減器2圖2 Y型濾波器 Y型濾波器結(jié)構(gòu)如圖2所示。由一個3dB耦合器、兩個光衰減器和兩根FBG構(gòu)成。實現(xiàn)機械調(diào)諧的方法是將FBG1和FBG2沿著等懸臂梁中軸線的方向分別粘貼于其上方和下方，距懸臂梁固定端距離相等。當(dāng)懸臂梁自由端受到向下力作用時，F(xiàn)BG1和FBG2上各點受到相同軸向作用力，F(xiàn)BG1被拉伸，增加了光柵周期，反

12、射波長向長波長方向移動；FBG2被壓縮，減小了光柵周期，反射波長向短波長方向移動。通過加載不同載荷，兩個反射波長間隔會隨著載荷增加而加大，達(dá)到波長調(diào)諧目的。 Y型濾波器兩個回路中分別放置一個可變光衰減器，通過調(diào)諧衰減量，各光路損耗和增益不同，可使激光器的工作波長在波長不同的單波長輸出和雙波長同時輸出之間相切換。 鉺纖是受激光纖，具有三能級統(tǒng)，在980nm的泵浦光作用下能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生放大的自發(fā)輻射。當(dāng)增益大于損耗時，形成自激振蕩，產(chǎn)生激光。 環(huán)形腔的結(jié)構(gòu)比較簡單，轉(zhuǎn)換效率高，并且具有封閉式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，抗電磁干擾、穩(wěn)定性高、體積小等優(yōu)點。這些使得泵浦光能充分得到吸收，有利于激光的形成。 根

13、據(jù)FBG傳感原理，當(dāng)其有效折射率或光柵周期發(fā)生改變時，Bragg反射波長也隨之變化。摻鉺光纖的熒光譜是1530nm到1560nm波段的寬帶光，滿足該波段的不同中心波長的光柵，均可以輸出相應(yīng)波長的激光；同樣，當(dāng)中心波長隨外界條件變化時，可以實現(xiàn)光纖激光器輸出波長的調(diào)諧。在用FBG作濾波器時，若采用兩根中心波長不同的FBG，即可實現(xiàn)光纖激光器可調(diào)諧雙波長的輸出。 當(dāng)輸出波長發(fā)生模式競爭時，通過分別調(diào)節(jié)兩路光衰減器，改變各自光路的損耗，即可實現(xiàn)雙波長同時振蕩輸出或任一單波長輸出。 從上述分析看出，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)諧雙波長的激光輸出，所以該方案是可行的。 六、本課題進(jìn)度安排、各階段預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)： 12周：了解課題的內(nèi)容及要求，查閱相關(guān)的資料、文獻(xiàn)和論文等； 34周：