喇曼光纖激光器及其應(yīng)用研究馮鳴博士

1、喇曼喇曼光纖光纖激光器及其應(yīng)用研究激光器及其應(yīng)用研究答辯人：馮答辯人：馮 鳴鳴導(dǎo)導(dǎo) 師：呂可誠師：呂可誠 教授教授主要內(nèi)容主要內(nèi)容v第一部分第一部分 研究背景和意義研究背景和意義v第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究v第三部分第三部分 線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究v第六部分第六部分 總結(jié)總結(jié)1.1 喇曼光纖激光器簡介喇曼光纖激光器簡介產(chǎn)生機(jī)理：光纖中的受激喇曼散射（產(chǎn)生機(jī)理：光纖

2、中的受激喇曼散射（SRSSRS）特點(diǎn)：輸出波長靈活特點(diǎn)：輸出波長靈活 拓展激光器輸出范圍拓展激光器輸出范圍 多波長輸出多波長輸出 簡化器件結(jié)構(gòu)降低成本簡化器件結(jié)構(gòu)降低成本 波長可調(diào)諧、光束質(zhì)量好、輸出功率高波長可調(diào)諧、光束質(zhì)量好、輸出功率高應(yīng)用：應(yīng)用：光纖通信、光纖通信、光傳感、激光醫(yī)學(xué)、生物工程、光傳感、激光醫(yī)學(xué)、生物工程、 光譜學(xué)、制藥、科學(xué)研究、工業(yè)制造、光譜學(xué)、制藥、科學(xué)研究、工業(yè)制造、 彩色顯示、國防工業(yè)等彩色顯示、國防工業(yè)等第一部分第一部分 研究背景和意義研究背景和意義1.2 喇曼光纖激光器在泵浦產(chǎn)生超連續(xù)喇曼光纖激光器在泵浦產(chǎn)生超連續(xù)譜方面的應(yīng)用譜方面的應(yīng)用u超連續(xù)譜超連續(xù)譜l激

3、光在非線性介質(zhì)中的激光在非線性介質(zhì)中的劇烈展寬劇烈展寬現(xiàn)象現(xiàn)象u應(yīng)用應(yīng)用l光學(xué)相干層析、光學(xué)頻率計(jì)量、生物醫(yī)學(xué)、光纖通信光學(xué)相干層析、光學(xué)頻率計(jì)量、生物醫(yī)學(xué)、光纖通信、光纖傳感、光脈沖壓縮等、光纖傳感、光脈沖壓縮等u實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法l短脈沖泵浦：峰值功率高、平均功率低短脈沖泵浦：峰值功率高、平均功率低l連續(xù)波泵浦：平均功率高、所需介質(zhì)較長連續(xù)波泵浦：平均功率高、所需介質(zhì)較長 喇曼光纖激光器喇曼光纖激光器輸出功率高、輸出波長靈活，很適合輸出功率高、輸出波長靈活，很適合作為作為連續(xù)波泵浦源連續(xù)波泵浦源激發(fā)超連續(xù)譜激發(fā)超連續(xù)譜第一部分第一部分 研究背景和意義研究背景和意義主要內(nèi)容主要內(nèi)容v第一部分第

4、一部分 研究背景和意義研究背景和意義v第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究v第三部分第三部分 線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究v第六部分第六部分 總結(jié)總結(jié)第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究2.1 單波長喇曼光纖激光器理論研究單波長喇曼光纖激光器理論研究 （線形腔，環(huán)形腔）（線形腔，環(huán)形腔）2.2 多波長線形腔喇曼光纖激光器研究多波長線形腔喇曼光纖激光器研究

5、2.3 多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究喇曼光纖激光器理論模型喇曼光纖激光器理論模型單波長單波長線線形腔喇曼激光器形腔喇曼激光器 多波長線形腔喇曼激光器多波長線形腔喇曼激光器單波長環(huán)單波長環(huán)形腔喇曼激光器形腔喇曼激光器 多波長環(huán)形腔喇曼激光器多波長環(huán)形腔喇曼激光器第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬u喇曼增益光纖喇曼增益光纖l鍺硅喇曼光纖鍺硅喇曼光纖：增益系數(shù)高、頻移量?。ǎ涸鲆嫦禂?shù)高、頻移量?。?40 cm1 ）l磷硅喇曼光纖磷硅喇曼光纖：增益系數(shù)低、頻移量大（：增益系數(shù)低、

6、頻移量大（1330 cm1 ） 鍺硅光纖喇曼增益曲線鍺硅光纖喇曼增益曲線 磷硅光纖喇曼增益曲線曲線磷硅光纖喇曼增益曲線曲線第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究進(jìn)行模擬的激光器結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行模擬的激光器結(jié)構(gòu)示意圖2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究 PumpPump=1060nm =1060nm output output=1480nm=1480nm 數(shù)值模擬激光器結(jié)構(gòu)：數(shù)值模擬激光器結(jié)構(gòu)：磷硅光纖磷硅光纖鍺硅光纖鍺硅光纖2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器

7、數(shù)值模擬()喇曼光纖激光器腔內(nèi)功率分布：喇曼光纖激光器腔內(nèi)功率分布：第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究附加損耗附加損耗的影響的影響輸出反射率輸出反射率的影響的影響增益光纖長度增益光纖長度的影響的影響輸輸出出功功率率閾閾值值功功率率斜斜率率效效率率2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究優(yōu)化參數(shù)后輸出功率隨泵浦功率變化對比優(yōu)化參數(shù)后輸出功率隨泵浦功率變化對比（左：磷硅光纖，右：鍺硅光纖）（左：磷硅光纖，右：鍺硅光纖）優(yōu)化參數(shù)比較優(yōu)化參數(shù)比較光纖光纖種類種類優(yōu)化優(yōu)化長度長度優(yōu)化優(yōu)化

8、反射率反射率磷硅磷硅264264m6 6鍺硅鍺硅156156m1010優(yōu)化后輸出特性比較優(yōu)化后輸出特性比較光纖光纖種類種類輸出輸出功率功率斜率斜率效率效率閾值閾值功率功率磷硅磷硅2.462.46W59.959.90.80.8W鍺硅鍺硅2.12.1W54541.31.3W激光器參數(shù)優(yōu)化示意圖激光器參數(shù)優(yōu)化示意圖（左：磷硅光纖，右：鍺硅光纖）（左：磷硅光纖，右：鍺硅光纖）2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究（a）磷硅光纖和（磷硅光纖和（b）鍺硅光纖喇曼激光器腔內(nèi)功率分布鍺硅光纖喇曼激光器腔內(nèi)功率分布優(yōu)化后

9、輸出特性比較優(yōu)化后輸出特性比較光纖光纖種類種類輸出輸出功率功率斜率斜率效率效率閾值閾值功率功率磷硅磷硅2.482.48W61.861.81.11.1W鍺硅鍺硅2.182.18W58.658.61.21.2W（a）光纖長度、（光纖長度、（b）輸出耦合比和（輸出耦合比和（c）附加損耗對環(huán)形腔激光器輸出特性的影響附加損耗對環(huán)形腔激光器輸出特性的影響優(yōu)化參數(shù)后輸出功率隨泵浦功率變化對比優(yōu)化參數(shù)后輸出功率隨泵浦功率變化對比（左：磷硅光纖，右：鍺硅光纖）（左：磷硅光纖，右：鍺硅光纖）2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理

10、論研究u磷硅光纖磷硅光纖 結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)化效率高結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)化效率高磷硅喇曼光纖磷硅喇曼光纖更適于制作大頻移量的級聯(lián)更適于制作大頻移量的級聯(lián)喇曼光纖激光器喇曼光纖激光器2.1 單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬單波長喇曼光纖激光器數(shù)值模擬()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究線形腔優(yōu)化結(jié)果：線形腔優(yōu)化結(jié)果：光纖種類光纖種類輸出功率輸出功率斜率效率斜率效率閾值功率閾值功率磷硅磷硅2.462.46W59.959.90.80.8W鍺硅鍺硅2.12.1W54541.31.3W環(huán)形腔優(yōu)化結(jié)果：環(huán)形腔優(yōu)化結(jié)果：光纖種類光纖種類輸出功率輸出功率斜率效率斜率效率閾值功率閾值功率磷硅磷硅2.

11、482.48W61.861.81.11.1W鍺硅鍺硅2.182.18W58.658.61.21.2W2.2 多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究三波長同級喇曼光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖三波長同級喇曼光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)值模擬參數(shù)：數(shù)值模擬參數(shù)：輸出波長輸出波長 ( (nm)nm)109010901095109511101110增益系數(shù)增益系數(shù) ( (Wm)Wm)-1-1 0.50.51010-3-3 0.5830.5831010-3-3 0.8330.8331010-3-3 輸出光柵反射率輸出光柵反射率9

12、0%90%70%70%30%30%2.2 多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬 ()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究三波長喇曼光纖激光器各波長輸出功率三波長喇曼光纖激光器各波長輸出功率隨泵浦光功率的變化隨泵浦光功率的變化v各個(gè)波長各個(gè)波長Stokes波并非同時(shí)出現(xiàn)波并非同時(shí)出現(xiàn)v各波長各波長Stokes波間會由于泵浦作波間會由于泵浦作 用產(chǎn)生相互競爭，使某些用產(chǎn)生相互競爭，使某些Stokes 波受到抑制，甚至在泵浦功率變波受到抑制，甚至在泵浦功率變 化時(shí)熄滅化時(shí)熄滅v在一定條件下已經(jīng)熄滅的在一定條件下已經(jīng)熄滅的Stokes 波仍可能

13、重新振蕩波仍可能重新振蕩v單靠改變泵浦功率無法達(dá)到各輸單靠改變泵浦功率無法達(dá)到各輸 出波長功率均等出波長功率均等輸出波長輸出波長 ( (nm)nm)109010901095109511101110增益系數(shù)增益系數(shù) ( (Wm)Wm)-1-1 0.50.51010-3-3 0.5830.5831010-3-3 0.8330.8331010-3-3 輸出光柵反射率輸出光柵反射率90%90%70%70%30%30%2.2 多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬 ()第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究輸出光柵反射率對激光器輸出特性的影響：輸出光

14、柵反射率對激光器輸出特性的影響：輸出波長輸出波長1090 1090 nmnm1095 1095 nmnm1110 1110 nmnm輸出反射率輸出反射率717159593535輸出功率輸出功率0.387 0.387 W W0.386 0.386 W W0.395 0.395 W W激光器優(yōu)化：三波長輸出功率均等激光器優(yōu)化：三波長輸出功率均等十波長十波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖環(huán)形腔喇曼光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖激光器主要參數(shù)：激光器主要參數(shù)：泵光波長：泵光波長：1452 nm輸出激光中心波長：輸出激光中心波長：1550 nm輸出激光波長個(gè)數(shù)：輸出激光波長個(gè)數(shù)：10輸出激光波長間隔：輸出激光波長

15、間隔：1.6 nm腔內(nèi)元件總插入損耗：腔內(nèi)元件總插入損耗：0.6 dB光纖吸收損耗：光纖吸收損耗：0.5 dB/km （泵光）泵光） 0.2 dB/km （激光）激光）喇曼光纖增益曲線喇曼光纖增益曲線第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究2.3 多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬光纖長度的影響：光纖長度的影響：激光輸出光譜輪廓（激光輸出光譜輪廓（800 m）總輸出功率的變化總輸出功率的變化功率平坦度的變化功率平坦度的變化激光峰值波長的變化激光峰值波長的變化q 短波長光對長波短波長光對長波長光有泵浦作用長光有泵浦作用，輸出功率較低，輸出功

16、率較低q 光纖較長時(shí)光纖較長時(shí)功率功率變化變化較緩較緩q 光纖長度對光纖長度對功率功率平坦度平坦度影響不大影響不大，長光纖稍好，長光纖稍好q 光纖增長使短波光纖增長使短波長對長波長光泵長對長波長光泵浦效應(yīng)更明顯，浦效應(yīng)更明顯，使使激光峰值激光峰值波長波長向長波方向移動(dòng)向長波方向移動(dòng)第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究2.3 多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬 ()輸出耦合比的影響：輸出耦合比的影響：總輸出功率的變化總輸出功率的變化激光輸出光譜輪廓（激光輸出光譜輪廓（10%）激光峰值波長的變化激光峰值波長的變化功率平坦度的變化功率平坦度

17、的變化q 激光總功率激光總功率隨輸隨輸出耦合比變化明出耦合比變化明顯，應(yīng)計(jì)算選取顯，應(yīng)計(jì)算選取q 輸出耦合比會改輸出耦合比會改變各變各Stokes波間波間的耦合強(qiáng)度，從的耦合強(qiáng)度，從而影響激光器的而影響激光器的功率平坦度功率平坦度q 輸出耦合比的降輸出耦合比的降低使低使Stokes波間波間的耦合作用（泵的耦合作用（泵浦）加強(qiáng)，使浦）加強(qiáng)，使激激光峰值波長光峰值波長向長向長波方向漂移波方向漂移第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究2.3 多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬多波長線形腔喇曼光纖激光器數(shù)值模擬 ()喇曼光纖激光器理論研究總結(jié)喇曼光纖激光器理論研究總結(jié)v單波長喇

18、曼光纖激光器模擬（線形腔、環(huán)形腔）單波長喇曼光纖激光器模擬（線形腔、環(huán)形腔） 腔內(nèi)功率分布、激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)影響、激光器參數(shù)優(yōu)化腔內(nèi)功率分布、激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)影響、激光器參數(shù)優(yōu)化 磷硅光纖更具優(yōu)勢磷硅光纖更具優(yōu)勢v多波長線形腔喇曼光纖激光器模擬多波長線形腔喇曼光纖激光器模擬 Stokes波的波的湮滅和重新振蕩湮滅和重新振蕩 輸出光柵反射率的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輸出光柵反射率的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輸出功率均等輸出功率均等v多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器模擬多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器模擬 增益光纖長度的影響增益光纖長度的影響 輸出耦合比的影響輸出耦合比的影響第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究主要內(nèi)

19、容主要內(nèi)容v第一部分第一部分 研究背景和意義研究背景和意義v第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究v第三部分第三部分 線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究v第六部分第六部分 總結(jié)總結(jié)第三部分第三部分 線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究3.1 磷硅喇曼光纖的設(shè)計(jì)與研制磷硅喇曼光纖的設(shè)計(jì)與研制3.2 單級單級/兩級磷硅喇曼光纖激光器研究兩級磷硅喇曼光纖激光器研究 （124

20、5 nm，1495 nm）3.3 磷硅共用喇曼光纖激光器研究磷硅共用喇曼光纖激光器研究 （1315 nm，1414 nm）3.4 雙波長喇曼光纖激光器研究雙波長喇曼光纖激光器研究 （1414/1495 nm）3.1磷硅喇曼光纖的設(shè)計(jì)與研制磷硅喇曼光纖的設(shè)計(jì)與研制設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)參數(shù)：摻雜濃度：摻雜濃度： 10 10 mol%mol%吸收損耗：吸收損耗： 2 2 dB/kmdB/km模場直徑：模場直徑： 6 6 m m截至波長：截至波長： 1060 25 dB激光器輸出光譜激光器輸出光譜波長間隔：波長間隔：0.8 nm信道個(gè)數(shù)：信道個(gè)數(shù)：19個(gè)個(gè)波長范圍：波長范圍：1566.21581.4 nm消

21、消 光光 比：比： 25 dB最大輸出功率：最大輸出功率：17. 9 mW4.2 密集型多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究密集型多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究15xx nm多波長喇曼光纖激光器樣機(jī)的制作與輸出特性：多波長喇曼光纖激光器樣機(jī)的制作與輸出特性：激光器樣機(jī)激光器樣機(jī)環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v多級級聯(lián)環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究多級級聯(lián)環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究 Stokes波的波的產(chǎn)生位置產(chǎn)生位置（腔內(nèi)損耗）

22、（腔內(nèi)損耗） Stokes波的競爭（波的競爭（湮滅和重新振蕩湮滅和重新振蕩） Stokes波的波的展寬與分裂展寬與分裂（SRS & FWM）v密集型多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究密集型多波長環(huán)形腔喇曼光纖激光器研究 激光器設(shè)計(jì)激光器設(shè)計(jì)（引入（引入FWM，控制輸出波長）控制輸出波長） 激光器輸出特性（激光器輸出特性（激光的漂移和消光比的變化激光的漂移和消光比的變化） 15xx nm樣機(jī)研制樣機(jī)研制（科技成果鑒定）（科技成果鑒定） 輸出波長個(gè)數(shù)：輸出波長個(gè)數(shù)：19個(gè)，波長間隔：個(gè)，波長間隔：0.8 nm， 消光比：消光比： 25 dB主要內(nèi)容主要內(nèi)容v第一部分第一部分 研究背景和意義研究

23、背景和意義v第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光纖激光器理論研究v第三部分第三部分 線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究連續(xù)譜研究v第六部分第六部分 總結(jié)總結(jié)第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生產(chǎn)生超連續(xù)譜研究超連續(xù)譜研究v連續(xù)波激光器泵浦產(chǎn)生超連續(xù)譜連續(xù)波激光器泵浦產(chǎn)生超連續(xù)譜v優(yōu)勢：輸出平均功率高優(yōu)勢：輸出平均功率高v提高非線性效應(yīng)是關(guān)鍵提高非線性效應(yīng)是關(guān)鍵v對裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究很有必要對

24、裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究很有必要v主要內(nèi)容主要內(nèi)容v 產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)研究產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)研究v 嵌套式結(jié)構(gòu)研究嵌套式結(jié)構(gòu)研究第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.1 超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置的設(shè)計(jì)和輸出特性超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置的設(shè)計(jì)和輸出特性1315 nm第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.1 超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置比較超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置比較應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜的四種結(jié)構(gòu)應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜的四種結(jié)構(gòu)35 nm48 nm75 nm100 nm設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的嵌套式嵌套式的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出很好的輸出特性，超連續(xù)譜的

25、結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出很好的輸出特性，超連續(xù)譜展寬范圍展寬范圍達(dá)到達(dá)到100100nmnm，輸出功率提高到輸出功率提高到1.11.1W W，光光轉(zhuǎn)化率達(dá)到光光轉(zhuǎn)化率達(dá)到4444。與只采用單模光纖作為增益介質(zhì)而不添加反射光柵的。與只采用單模光纖作為增益介質(zhì)而不添加反射光柵的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，展寬范圍是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，展寬范圍是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的2.92.9倍倍，輸出功率提高，輸出功率提高了一倍，同時(shí)閾值下降了一倍，同時(shí)閾值下降4747。而這種嵌套式結(jié)構(gòu)增大了腔內(nèi)。而這種嵌套式結(jié)構(gòu)增大了腔內(nèi)的非線性效應(yīng)，促進(jìn)了能量在腔內(nèi)的再分布，從而將平坦度的非線性效應(yīng)，促進(jìn)了能量在腔內(nèi)的再分布，從而將平坦度大大提高，大大提高，

26、2020nmnm范圍內(nèi)的光譜起伏由范圍內(nèi)的光譜起伏由1919dBdB降低到降低到5 5dBdB。 Construct of SConstruct of SC CBandwidth (-Bandwidth (-30 dB)30 dB)Output powerOutput power(W)(W)Intesity Variation Intesity Variation (20nm)(20nm)Threshold of pThreshold of pump(W)ump(W)35 nm35 nm0.530.5319 dB19 dB1.41.448 nm48 nm0.650.6515 dB15 dB1.

27、41.475 nm75 nm0.980.988 dB8 dB0.950.95100 nm100 nm1.11.15 dB5 dB0.950.95各個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜性質(zhì)的比較各個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜性質(zhì)的比較第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.1 超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置研究超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置研究嵌套式結(jié)構(gòu)中超連續(xù)譜隨泵浦光的演化嵌套式結(jié)構(gòu)中超連續(xù)譜隨泵浦光的演化 第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超

28、連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理()調(diào)制不穩(wěn)定性旁瓣：調(diào)制不穩(wěn)定性旁瓣：調(diào)制不穩(wěn)定性：調(diào)制不穩(wěn)定性：G652光纖色散曲線光纖色散曲線反常色散區(qū)反常色散區(qū)入射入射 2 0 產(chǎn)生產(chǎn)生頻頻旁瓣頻頻旁瓣嵌套式結(jié)構(gòu)中超連續(xù)譜隨泵嵌套式結(jié)構(gòu)中超連續(xù)譜隨泵光功率的演化光功率的演化 1307 nm1322 nm四波混頻效應(yīng)：四波混頻效應(yīng)：簡并四波混頻：簡并四波混頻：ppspsP2)(12/()(4422簡并四波混頻效應(yīng)相位匹配曲線簡并四波混頻效應(yīng)相位匹配曲線第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連

29、續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理()1385 nm峰：峰：1245 nm1315 nm 混頻1307 nm1392 nm峰：峰：1245 nm1315 nm 混頻1315 nm四波混頻效應(yīng)：四波混頻效應(yīng)：第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理()嵌套式結(jié)構(gòu)中超連續(xù)譜隨泵浦光的演化嵌套式結(jié)構(gòu)中超連續(xù)譜隨泵浦光的演化 1385 nm1392 nm131513071245第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)

30、譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理()受激喇曼散射效應(yīng)：受激喇曼散射效應(yīng)：為為Stokes波提供能量波提供能量對超連續(xù)譜的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行放大對超連續(xù)譜的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行放大第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的機(jī)理()超連續(xù)譜產(chǎn)生過程：超連續(xù)譜產(chǎn)生過程：受激喇曼散射，受激喇曼散射，Stokes波的產(chǎn)生波的產(chǎn)生調(diào)制不穩(wěn)定性，光譜初期展寬調(diào)制不穩(wěn)定性，光譜初期展寬四波混頻效應(yīng)，新光譜成分的產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，新光譜成分的產(chǎn)生受激喇受激喇曼散射曼散射，對新，對新光譜

31、成光譜成分放大分放大寬帶超連續(xù)譜寬帶超連續(xù)譜Length of G652 fiberBandwidth (-30 dB)Output power(W)Intensity varia-tion (20 nm)Threshold of pump(W)10 km100 nm1.15 dB4.43.5 km102 nm1.38 dB4.5G652G652光纖長度的影響光纖長度的影響3.5 km10 km以光譜寬度為參考，光纖長度應(yīng)以光譜寬度為參考，光纖長度應(yīng)存在最佳值。存在最佳值。光纖長度的增加會提高輸出光譜光纖長度的增加會提高輸出光譜的平坦度，降低超連續(xù)譜產(chǎn)生的的平坦度，降低超連續(xù)譜產(chǎn)生的閾值。閾值

32、。光纖長度較短時(shí)可提高超連續(xù)譜光纖長度較短時(shí)可提高超連續(xù)譜的輸出功率。的輸出功率。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮。第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究5.2.2 G652光纖長度對超連續(xù)譜的影響：光纖長度對超連續(xù)譜的影響：圖（圖（a）：）：47圖（圖（b）：）：69圖（圖（c）：）：80v就光譜寬度而言光柵反射率就光譜寬度而言光柵反射率存在一個(gè)最佳值。存在一個(gè)最佳值。v光柵反射率過低，會使光柵反射率過低，會使Stokes波轉(zhuǎn)化效率下降，從波轉(zhuǎn)化效率下降，從而影響光譜的展

33、寬寬度。而影響光譜的展寬寬度。v光柵反射率過高，會使光柵反射率過高，會使Stokes波強(qiáng)度過高，難以完波強(qiáng)度過高，難以完全轉(zhuǎn)化為超連續(xù)譜，形成尖全轉(zhuǎn)化為超連續(xù)譜，形成尖峰結(jié)構(gòu)。峰結(jié)構(gòu)。第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究5.2.3 輸出端光柵反射率對超連續(xù)譜的影響：輸出端光柵反射率對超連續(xù)譜的影響：對輸出端光纖光柵拉伸（對輸出端光纖光柵拉伸（a a）前（前（b b）后獲得的超連續(xù)光譜后獲得的超連續(xù)光譜 對輸出端反射光柵進(jìn)行了拉伸，結(jié)果表明，輸出超連續(xù)對輸出端反射光柵進(jìn)行了拉伸，結(jié)果

34、表明，輸出超連續(xù)譜的展寬范圍有所減小，而原有的處于中心波長處的尖峰消譜的展寬范圍有所減小，而原有的處于中心波長處的尖峰消失了，失了，3 3dBdB帶寬帶寬由由2.72.7nmnm變?yōu)樽優(yōu)?1.811.8nmnm，平坦度大大提高平坦度大大提高?？赏ㄟ^調(diào)諧光柵的方法改變超連續(xù)譜形狀可通過調(diào)諧光柵的方法改變超連續(xù)譜形狀第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究5.2 嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究5.2.4 輸出端光柵中心波長對超連續(xù)譜的影響：輸出端光柵中心波長對超連續(xù)譜的影響：應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜總結(jié)應(yīng)用喇曼光纖激光器

35、產(chǎn)生超連續(xù)譜總結(jié)第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究v裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與比較裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與比較 設(shè)計(jì)了設(shè)計(jì)了四種裝置四種裝置 嵌套腔結(jié)構(gòu)、光纖光柵、泵浦方式嵌套腔結(jié)構(gòu)、光纖光柵、泵浦方式討論討論v嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究嵌套式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究 超連續(xù)譜的演化超連續(xù)譜的演化 超連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)制（超連續(xù)譜產(chǎn)生機(jī)制（MI、FWM、SRS） 結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 -30 dB帶寬：帶寬：102 nm，輸出功率：輸出功率：1.3 W主要內(nèi)容主要內(nèi)容v第一部分第一部分 研究背景和意義研究背景和意義v第二部分第二部分 喇曼光纖激光器理論研究喇曼光

36、纖激光器理論研究v第三部分第三部分 線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究線形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第四部分第四部分 環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究環(huán)形腔喇曼光纖激光器實(shí)驗(yàn)研究v第五部分第五部分 應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究應(yīng)用喇曼光纖激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜研究v第六部分第六部分 總結(jié)總結(jié)u理論研究理論研究l單波長激光器（單波長激光器（增益介質(zhì)的比較增益介質(zhì)的比較）l多波長線形腔激光器多波長線形腔激光器Stokes波的競爭（波的競爭（湮滅與重新振蕩湮滅與重新振蕩）優(yōu)化（優(yōu)化（輸出功率均等輸出功率均等）l多波長環(huán)形腔激光器多波長環(huán)形腔激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響（結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響（光纖長度、輸出耦合比光纖長度、

37、輸出耦合比）u線形腔激光器實(shí)驗(yàn)線形腔激光器實(shí)驗(yàn)l國產(chǎn)磷硅光纖的國產(chǎn)磷硅光纖的設(shè)計(jì)與研制設(shè)計(jì)與研制l單級單級/兩級級聯(lián)激光器，磷硅共用激光器（兩級級聯(lián)激光器，磷硅共用激光器（雙單元結(jié)雙單元結(jié)構(gòu)構(gòu)），雙波長激光器（），雙波長激光器（多多FP腔并聯(lián)腔并聯(lián)）l制成樣機(jī)，輸出功率制成樣機(jī)，輸出功率W量級（量級（成果鑒定成果鑒定）第六部分第六部分 總總 結(jié)結(jié)u環(huán)形腔激光器實(shí)驗(yàn)環(huán)形腔激光器實(shí)驗(yàn)l多級級聯(lián)激光器多級級聯(lián)激光器Stokes波的競爭（波的競爭（湮滅與重新振蕩湮滅與重新振蕩）Stokes波的展寬與分裂（波的展寬與分裂（FWM）l密集型多波長環(huán)形腔激光器密集型多波長環(huán)形腔激光器樣機(jī)：樣機(jī)：19波長，波

38、長，25 dB隔離度（隔離度（成果鑒定成果鑒定）u應(yīng)用喇曼激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜應(yīng)用喇曼激光器產(chǎn)生超連續(xù)譜l四種裝置結(jié)構(gòu)四種裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與比較的設(shè)計(jì)與比較（Opt. Eng.）l嵌套式結(jié)構(gòu)嵌套式結(jié)構(gòu)研究研究（IEEE Photon. Technol. Lett.）產(chǎn)生機(jī)制（產(chǎn)生機(jī)制（MI、FWM、SRS）光譜寬度：光譜寬度：102 nm，輸出功率：輸出功率：1.3 W第六部分第六部分 總總 結(jié)結(jié)攻讀博士期間參加項(xiàng)目攻讀博士期間參加項(xiàng)目1、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目：計(jì)劃）資助項(xiàng)目： 名稱： 通信領(lǐng)域高效、高功率包層泵浦光纖激光器件 項(xiàng)目編號：2003AA

39、312100。2、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目： 名稱： 雙包層光纖光子器件及應(yīng)用研究 項(xiàng)目編號：60137010。3、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目： 名稱： 包層泵浦串級喇曼光纖激光器研究 項(xiàng)目編號：69877006。4、天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目：天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目： 名稱： 喇曼分布光纖放大器 項(xiàng)目編號：013602311。主要論文主要論文 M. Feng, Y. G. Li, J. Li, J. F. Li, L. Ding, and K. C. Lu, High Power Supercontinuum Generation in a Nested

40、 Linear Cavity Involving a CW Raman Fiber Laser, IEEE Photonic. Technol. Lett., 17(6), pp. 1172-1174, 2005 (SCI: 936JC, EI: 05269181924) FENG Ming, LI Yi-Gang, LI Jia-Fang, LI Jing, ZHANG Xiao-Guang, LU Ke-Cheng, WANG Hong-Jie, High Power One- and Two-Order Cascaded Raman Lasers Based on Home-Made Phosphosilicate Fibre, Chin. Phys. Lett., 22(5), pp. 1137-1139, 2005 (SCI: 927OF) Ming F, Li YG, Jing L, Li JF, Chen SP, Lu KC, Comparison between the performan