摘要: 可调谐光纤激光器拥有高光束质量，优异光谱特性，紧凑的结构和环境抗干扰能力，并与光通信系统相兼容，是各种研究工作和实地应用的关键设备。在保证高水准的波长调谐特性的同时，这些激光器的可操作性和搭建成本也成为影响它们在现实世界中的实用性... 展开 可调谐光纤激光器拥有高光束质量，优异光谱特性，紧凑的结构和环境抗干扰能力，并与光通信系统相兼容，是各种研究工作和实地应用的关键设备。在保证高水准的波长调谐特性的同时，这些激光器的可操作性和搭建成本也成为影响它们在现实世界中的实用性的重要因素。 本论文首先阐述了可调谐窄线宽光源在光纤通信和气体传感中的重要作用，列举了这些激光器在波分复用技术和连续光差分雷达技术扮演的重要角色和现阶段发展的局限。突出了光谱输出优良的可调谐光纤激光器的发展必要性。接着本文简单论述了光纤激光器和可调谐激光器的发展史。 接着，我们阐述了一个简单的方法来生产基于光纤布拉格光栅(FBG)的滤波器。利用商用FDM3D打印机，我们将光栅埋入到了一个聚合物悬臂梁中，通过简单的三点弯曲设置(拉伸或者压缩)来实现1550nm范围内60nm的调谐距离。我们利用打印得到的FBG滤波器构建了一个可调谐铒镱共掺光纤激光器并实现了30nm范围内超过200mW的输出。 为了将光通信系统的波段从1.55μm推向2μm来应对未来带宽资源的紧张需求，我们设计了一个可调谐的多波长掺铥光纤激光器。多波长的输出是由Sagnac环形滤波器完成的，它能通过双向传播不同偏振态光之间的干涉来产生梳状滤波效果。一段500m长的高非线性光纤抑制了稀土光纤的均匀展宽和交叉增益效应，实现常温下的稳定多波长输出。 接着，我们设计并搭建了一个波长可精确调谐的窄线宽光纤激光器。把加载到半导体光放大器上的电流驱动信号的调制频率设定为与啁啾布拉格光栅上一个反射波长的腔内谐振频率相同或倍数时，这个波长就能被锁定且可连续调谐。驱动电流的大小和脉冲宽度的优化使得激光器在超过40nm的调谐范围内保持了窄线宽(小于0.03nm)。同时我们设计了一个双腔结构的激光器以实现连续可调谐的双波长输出。 最后，可调谐激光器的一个典型应用场景——激光雷达得以实现。所使用的激光器以一个分布反馈式的半导体激光器(DFB)作为种子源，经过一个优化设计的铒镱共掺光纤放大器放大后在1.57μm附近输出了功率为1.3W，线宽约为3MHz的连续光输出，且其波长可以通过加载到DFB上的电流在2nm的范围内精确调整。使用这个激光器进行的第一个大气二氧化碳测量的连续激光差分雷达的实验获得了较好的结果。 综上所述，我们设计并优化了五个基于不同调谐原理的可调谐光纤激光器。这些激光器所展现的良好的光谱特性，紧凑的结构设计，相对低廉的成本使得它们具有成为光通信，遥感，光谱学，光学相干成像等领域重要工具的潜力。 收起