基于强度相关反馈控制的多功能掺铒光纤激光器的研究

随着现代光纤通信技术和各种光纤传感、测量手段的发展，脉冲锁模、连续光多波长、连续光单波长这三类光纤激光器的应用需求日益增大。我们将采用强度相关反馈控制的方法，进行在相同的谐振腔结构下实现具有脉冲锁模、连续光单波长、连续光多波长三种输出功能的掺铒光纤激光器的研究。我们将利用强度相关反馈控制与可调光谱滤波技术相结合的联合调控技术，实现激光器如下特征的可调谐：多波长波长间隔、信号频谱、波长数目；单波长信号频谱；脉冲宽度、脉冲波形。与此同时，通过色散管理、非线性效应优化等手段实现光孤子的产生，为光孤子通信系统提供可靠的光源。另外，我们还将建立物理模型，通过理论分析和仿真计算，阐明该类型多功能光纤激光器的工作机理；进行系统参数的优化设计；改善各功能状态下的输出特性。本项目研究成果可应用于光纤激光器、非线性光学等研究领域；在光纤通信、光纤传感及测量等技术领域具有较强的应用价值，并具有一定的理论意义。

我们按照原定的计划开展了研究，取得了预期的研究成果，并且完成了预期的考核指标。在多功能激光输出方面，本项目实现了一种基于非线性光纤环镜引起的强度相关增益反馈控制机制的多功能掺铒光纤激光器。在同一谐振腔条件下，实现了三种不同的输出功能：脉冲锁模、连续光多波长、连续光单波长。在多波长输出特性控制方面，本项目提出并实现了一种基于多波长可调梳状光谱滤波效应和强度相关损耗的效应的联合调控技术，实现了对多个输出特性参数的控制，如谱线数目、波长范围、波长间隔以及波峰位置。并且保证了每个特征参数在调谐过程中并不影响其它的参数。研究的所涉及的可调梳状光谱滤波器包括光纤双折射滤波器（一阶、二阶Loyt光纤滤波器），Sagnac环镜滤波器，M-Z可调干涉滤波器。在理论计算和模型研究方面，本项目通过联立铒粒子能级跃迁速率方程和光传播方程，建立了多波长掺铒光纤激光器的物理模型，对谐振腔参数对激光输出特性和功能转换进行了深入的研究。分析了谐振腔损耗、泵浦功率、增益介质长度等谐振腔参数对多波长输出谱线数目、光谱范围、光谱平坦度的影响，为多波长光纤激光器的设计和性能优化提供了理论依据。迄今为止，本项目在国际期刊发表高质量学术论文9篇，在国际会议发表会议论文3篇（其中8篇被SCI检索，10篇被EI检索，一篇被ISTP检索）；参加国际会议专题口头及张贴报告4人次；申请国内发明专利4项（其中两项已经授权）；申请美国国家发明专利一项；在光纤激光器研究领域辅助培养博士后3人（其中2人已出站），辅助培养博士研究生4人（其中1人已毕业），辅助培养硕士研究生12人（其中6人已毕业）。在本项目研究成果的基础上，本课题组获得中国博士后基金特别资助一项，深圳市基础研究项目2项，深圳市孔雀计划技术创新一项，研究内容主要涉及光纤激光器波长调控动力学、光纤激光超声激发等。