高平均波长稳定性超荧光光纤光源

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出,同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求,采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段,对光纤材料和器件进行大温区全局优化,以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果,以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量,通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计,得到输出功率为32mW,功率稳定性为0.65%,光谱带宽为12.5nm,光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明,平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中,32mW输出功率非常高;所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标,满足光纤陀螺对光纤光源的要求。     

高平均波长稳定性超荧光光纤光源

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出,同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求,采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段,对光纤材料和器件进行大温区全局优化,以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果,以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量,通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计,得到输出功率为32mW,功率稳定性为0.65%,光谱带宽为12.5nm,光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明,平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中,32mW输出功率非常高;所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标,满足光纤陀螺对光纤光源的要求。     

超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性分析

为了解决高精度光纤陀螺要求长时间的标度因数稳定性到10-5以下,必须确保高精度光纤陀螺所采用的掺铒超辐射光纤光源具有非常稳定的平均波长.从超辐射掺铒光纤光源的结构出发,推导出其平均波长主要受到温度、抽运功率、抽运波长、抽运光偏振态以及光纤陀螺返回光功率的影响.详细分析了以上因素对于超辐射掺铒光纤光源平均波长稳定性的影响,并介绍了消除或者减小这些影响因素的措施.同时还总结了提高超辐射光纤光源的平均波长稳定性的相关技术,采用这些技术可以获得平均波长随温度变化系数±0.05×10-6/℃的高稳定性掺铒超辐射光纤光源.对于掺铒超辐射光纤光源在高精度光纤陀螺中的实际应用具有指导意义.     

高功率高效率掺铒光纤超荧光光源

优化设计了高功率、高效率掺铒光纤超荧光光源的参数。采用商用掺铒光纤,针对双程后向结构,首先仿真了光源输出功率和带宽随掺铒光纤长度的变化,并用对等实验验证了模拟结果,初步确定掺铒光纤长度的优化范围;理论研究了反射镜反射率对光源性能的影响,计算出最佳反射率并模拟了该反射率下光源的输出光谱;实验研究了抽运功率对光源平均波长的影响,确定了优化的抽运功率范围,并进一步确定了掺铒光纤的优化长度。实验选用110mW抽运功率,13.74m掺铒光纤,获得了输出功率为46.9mW的高功率光纤光源,其抽运转换效率可达42.6%,且光源保持了约34.54nm的宽带宽。     

双程前向掺铒光子晶体光纤超荧光光源

为了获得高稳定光纤陀螺掺铒光纤光源和改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性,提出和使用掺铒光子晶体光纤作为超荧光光源的增益媒介。构建了双程前向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源, 研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶体光纤长度和泵浦功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明,通过选取光纤长度为10 m 和泵浦功率为220 mW,获得了双程前向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源。输出功率为35.4 mW,光光转换效率约16.09%,谱宽为30.9 nm,平均波长为1 548.3 nm。该结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源的环境温度稳定性和适应性奠定基础。     

双程后向结构掺铒光纤超荧光光源研究

通过编制1套图形界面的模拟分析软件,对双程后向结构掺铒光纤超荧光光源有关输出功率、带宽和平均波长特性进行了理论模拟。结果表明,通过选取适当的掺铒光纤长度,总能实现光源的平均波长不依赖于泵浦功率的高稳定性。并报道了研制的双程后向结构掺铒光纤超荧光光源。     

泵浦功率对掺铒光纤光源性能影响的实验研究

超荧光掺铒光纤光源技术是高精度光纤陀螺的关键技术之一,其优劣直接影响陀螺的性能。在完成铒纤长度优化设计的基础上,实验分析了泵浦功率对掺铒光纤光源平均波长以及带宽的影响,同时在-20-60℃的温度范围内,测量了不同泵浦功率条件下掺铒光纤光源平均波长、带宽和输出功率随温度的漂移。实验结果表明,当泵浦功率在60—120mW范围内时,平均波长受泵浦功率的影响约为-6．5ppm／mW,可以根据光纤陀螺对输出功率和带宽大小的要求在此范围内选择合适的泵浦功率。最终装配样机的平均波长的长期稳定性（6h）达到5ppm（峰-峰值）,短期稳定性（1h）达到2ppm,可以在此基础上定制合适的光纤光栅滤波器,对ASE光谱进行滤波,使谱形满足高精度光纤陀螺的要求．     

采用光纤滤波器的高波长稳定性掺铒光纤光源

研究了双程后向结构掺铒光纤光源的平均波长对泵浦功率的赖性。实验结果表明,通过采用掺铒光纤滤波器以及选择合适的泵浦功率,平均波长随泵浦功率的变化能够降低到-9 ppm/mW。在-40~+60℃ 温度范围内,光纤光源的平均波长不稳定性小于33 ppm(峰峰值)。采用5 m 长的掺铒光纤、泵浦功率55mW 与泵浦波长974.2nm 时,光纤光源输出光波的谱宽达到17nm,功率达5.83mW。     

新型中心波长稳定的高效率L波段掺铒光纤超荧光光源

采用后向抽运的两级级联的掺铒光纤超荧光光源的新型结构,运用同步抽运技术对两级光纤按比例进行后向抽运,从而实现高效率且中心波长稳定的L波段超荧光光源输出.研究了光纤总长度、两级光纤长度分配以及抽运比例对超荧光光源输出特性参数的影响.结果表明,通过采用两级级联后向结构可以将光谱从C波段有效地转移到L波段,而且能够实现在高抽运功率下具有中心波长对抽运功率波动不敏感的特性.在290 mW功率1:1抽运下,实验获得了输出功率97 mW,线宽47.3 nm,中心波长稳定的L波段超荧光光源.     

前向抽运双级双程掺铒光纤宽带光源

提出并实现了一种前向抽运双级双程结构的 1 5 5 μm超荧光光纤光源(SFS)。通过恰当地选择光源的各个参数,包括两段掺铒光纤(EDF)的长度和两级抽运光的功率,在保证平均波长稳定的情况下,获得了同时具有大功率和宽带特性的超荧光输出。这种结构的光源可以很好地满足高精度光纤陀螺(FOG)对光源的要求     

用于高精度光纤陀螺的光纤放大器光源

介绍了应用于光纤陀螺的掺铒光纤超荧光光源的研究现状,比较分析了掺铒光纤光源5种主要结构的优缺点,在此基础上得出了光纤放大器结构的光源既可以有效提高光纤陀螺的检测精度和稳定性,又可以降低成本.针对光纤放大器光源,分别分析了泵浦功率、泵浦波长、反馈以及铒纤温度对其平均波长稳定性的影响.为了消除反馈对光纤放大器光源平均波长稳定性的影响,根据超荧光光源的偏振态效应,在光源中加入了偏振器来控制反馈的偏振态,从而降低了反馈对光源平均波长稳定性的影响,并采用长周期光纤光栅作为滤波器,有效地提高了光纤放大器光源的波长稳定性.     

用于高精度光纤陀螺的宽带掺铒光纤光源

综述了掺铒超荧光光纤光源的国内外研究发展现状,详细探讨了单程前向、单程后向、双程前向、双程后向等几种典型的光源结构;分析了掺铒超辐射型光纤光源的输出特性与泵浦光波长、泵浦功率、光纤长度以及光学反馈的关系;并介绍了当前为改善光源带宽、平均波长稳定性以及输出功率这三个主要参数以满足高精度光纤陀螺的需求所做的一系列探索及研究现状,指出了其技术难点,对掺铒超荧光光纤光源的研究具有一定的参考价值。     

一种简单而性能优良的C+L波段掺铒宽带光源

报道了一种结构简单、工作在C L波段的掺铒宽带光源.实验中用3 dB宽带耦合器作为光纤反射镜,同时利用功率控制电路使光源输出光稳定,先用两个980 nm二极管作为抽运源,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,优化掺铒光纤长度,获得了功率高达26.67 mW(14.26 dBm)的C L波段ASE光输出,平均波长1 550.887 nm.之后采用一个二极管实现双抽运得到了同样的结果.     

一种简单的高功率L波段超荧光光源

采用双程前向结构,在一根高浓度掺铒光纤中实现了功率高达13.13mW(11.18dBm)、平均波长为1578.53nm的L波段高功率超荧光输出,在1570nm～1620nm间的功率高于9.38mW。可满足分布式光纤光栅传感、DWDM等由C波段向L波段扩展的带宽及功率需求,同时与C波段光匹配后,可得到功率高于20mW的C+L波段宽带高功率光输出。其中采用普通耦合器制作的光纤圈反射器,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,同时分析了光源的输出功率、平均波长、稳定性等随光纤长度、抽运功率的变化特征,对于光源的应用设计提供参考。     

双程前向包层抽运宽带Er3+/Yb3+共掺超荧光光纤光源

为了研究基于双程前向结构的宽带Er3+/Yb3+共掺双包层光纤超荧光光源,采用976nm抽运,通过优化抽运功率,研究了采用不同长度光纤时光源的输出功率、平均波长和带宽。实验结果表明,采用60cm长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤时,系统达到了最佳。同时获得了9.18mW的输出功率和34nm的带宽,平均波长稳定性约7.16×10-6/mW。当输出功率减少至3.78mW时,系统获得了80nm的最大带宽。     

单级结构C+L波段掺铒光纤宽带光源

报道了利用双向抽运单级掺铒光纤结构研制的高效率C L波段放大自发辐射(ASE)宽带光源。实验表明,该结构在一定的掺铒光纤长度范围内,均可通过调节前后向抽运功率来获得带宽达80 nm(1525~1605 nm)光谱平坦的C L波段宽带光源。光源的抽运转换效率与掺铒光纤长度、前后向抽运功率分配有关。选择所需的最短掺铒光纤长度制作光源,既可以节省光纤,降低成本,还可以提高抽运转换效率。利用该光源结构获得了输出功率为13.5 dBm,抽运转换效率达23.2%的高效率C L波段放大自发辐射宽带光源。     

双级单泵浦结构的高斯型掺铒光纤光源研制

高斯型掺铒光纤光源稳定性高，可有效减小光纤陀螺相位误差，从而提高光纤陀螺的测量精度。通过对掺铒光纤光源的经典结构进行理论分析，提出了由双程前向结构和单程后向结构复合而成的双级单泵浦结构，并对其进行光路结构仿真，以确定最佳的光路参数范围。泵浦输出波长和功率的稳定性直接影响光源的功率稳定性和平均波长稳定性，因此针对电流驱动型泵浦激光器设计了恒流驱动方案和恒温控制方案。试验结果表明，所研制的掺铒光纤光源在-45～65℃的温度范围内，全温功率变化率为8.27%,全温平均波长稳定性为1.7×10^-6 K^-1。     

基于Giles模型的超荧光光源功率输出特性仿真研究

传统的超荧光光源理论分析方法存在着复杂度高、稳定性差等缺点。相反, 掺铒光纤放大器的理论研究方法——Giles模型则具有复杂度低、稳定性好、收敛速度快的优点。考虑到二者在结构上的相似性, 将Giles模型引入到铒光纤超荧光光源的理论研究中, 并利用4～5阶龙格-库塔法对单程正向抽运结构超荧光光源输出功率随铒光纤长度、铒离子浓度和抽运功率的变化关系进行了仿真研究。数值结果表明, 使用Giles模型不但可以精确描述超荧光光源的功率输出特性, 而且仿真算法的复杂度得以大大降低, 进一步提高了超荧光光源理论分析方法的实用性。     

355nm激光抽运的双包层掺铒光纤荧光

以355nm激光器抽运源抽运合作拉制的国产双包层掺铒光纤(DC-EDF),获得了可见光及近红外波段的荧光输出。经实验测定,对于长约8m的DC-EDF,在429mW入纤功率抽运下,可见光区的荧光波长约从375nm延续到800nm。荧光峰分别位于397.24、415.06、456.30、497.35、549.49、678.26nm。近红外波段的荧光谱约从1429.25nm延续到1667.75nm,激发峰处于1551.76nm。近红外波段荧光峰的位置和谱宽依赖于光纤长度,荧光谱宽经测定也随抽运功率的增加而加宽。实验结果证明355nm激光可以作为掺铒光纤的一种抽运源,为传统掺铒光纤光源提供了一种新的抽运选择,也为新波段光源的开发提供了实验基础。     

一种双抽运结构C+L波段掺铒光纤宽带光源

介绍了一种结构简单、工作在C+L波段掺铒宽带光源。实验中用3dB宽带耦合器作为光纤反射镜,同时利用功率控制电路让光源输出光稳定,先用两个980nm二极管作为抽运源,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,优化掺铒光纤长度,获得了功率高达26.67mW(14.26dBm)的C+L波段ASE光输出,平均波长1550.887nm。之后采用一个980nm和一个1480nm的激光二极管,在输出相对平坦的情况下,得到了最高功率为23.23mW(13.66dBm),平均波长为1556.46nm的C+L波段ASE光输出,光纤环形镜的使用,不仅改善了光源的平坦度,并且大大提高了光光转化效率。