基于四波混頻的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的理論模型.pdf

1、由于多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器在密集波分復(fù)用、器件測(cè)試、光學(xué)傳感等方面有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)受到廣泛重視。然而由于摻鉺光纖均勻展寬導(dǎo)致激烈的模式競(jìng)爭(zhēng)，獲得多波長(zhǎng)輸出非常困難。抑制模式競(jìng)爭(zhēng)的方法很多，其中基于四波混頻的多波長(zhǎng)產(chǎn)生機(jī)制具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。但目前研究主要集中在實(shí)驗(yàn)方面，尚未有對(duì)此類(lèi)激光器進(jìn)行理論研究的報(bào)道。為彌補(bǔ)這一空白，本文提出了一種模擬該類(lèi)激光器的理論模型。
　　首先建立了鉺離子的三能級(jí)模型，并在一維近似

2、條件下推導(dǎo)了傳播方程。由于4I13/2能級(jí)上粒子壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于4I11/2，本文中將三能級(jí)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二能級(jí)系統(tǒng)。隨后將模型推廣到多波長(zhǎng)多泵浦的情況。
　　然后在慢變幅度近似條件下推導(dǎo)了多四波混頻過(guò)程的耦合波方程組。由于耦合波方程是一剛性方程組，本文用功率歸一化減弱了方程組的剛性度，并采用預(yù)估-矯正法對(duì)方程進(jìn)行數(shù)值求解，其中用四階Adams-Bashforth顯式積分方法進(jìn)行預(yù)估，用三階Adams-Moulton隱式積分方法進(jìn)行矯正。

3、在此基礎(chǔ)上模擬了四波混頻的動(dòng)態(tài)過(guò)程以及材料色散、波導(dǎo)色散和泵浦功率對(duì)四波混頻的影響。
　　最后通過(guò)將四波混頻作為傳播方程的動(dòng)態(tài)邊界條件得到了基于四波混頻的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的模型。利用該模型，本文中驗(yàn)證了四波混頻抑制模式競(jìng)爭(zhēng)的作用，并研究了摻鉺光纖凈截面曲線平坦度和四波混頻效率對(duì)輸出光譜功率平坦性的影響。模擬中得到了19個(gè)功率差在3dB內(nèi)的波長(zhǎng)輸出。在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上從數(shù)學(xué)和物理層面探討了抑制模式競(jìng)爭(zhēng)的本質(zhì)和可能的新的抑制模式競(jìng)