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.     

Ce掺杂对空间激光通信掺铒光纤的耐辐照影响研究

辐照环境下掺铒光纤性能下降严重影响了其在空间环境中的应用,而Ce可以凭借其变价能力抑制光纤的辐致损伤效应。利用螯合物气相沉积法制备了不同Ce掺杂量的掺铒光纤,在常温下使用⁶⁰Co辐照源对光纤进行了累积剂量100 krad、剂量率6.17 rad/s的辐照实验。通过吸收损耗谱的测试发现Ce掺杂含量高的光纤在辐照后损耗为419.185 dB/km@1 200 nm,且荧光寿命变化量减小了0.578 ms。通过切片芯层透过率及电子顺磁共振测试发现Ce掺杂可以有效降低光纤中Al和Ge相关的色心缺陷数量。最后通过增益测试验证了Ce掺杂对掺铒光纤抗辐照能力的改善,辐照后高Ce掺杂的光纤比未掺杂Ce光纤的增益高出4.15 dB。实验结果表明,Ce掺杂可以有效增强掺铒光纤抗辐照性能,这一结论对掺铒光纤在太空中的应用具有重要意义,该研究结果能够为后续掺铒光纤的耐辐照加固及其在空间中的应用提供参考。     

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。     

纯硅芯光纤的空间辐照环境适应性

研究了光纤的辐照损伤机理,对纯硅芯光纤与传统芯层掺杂光纤的结构特点进行了系统地分析,从结构组成特点上分析了两者的抗辐照性能差异。研究了国内外关于光纤的抗辐照试验标准,对各标准中剂量率、总剂量等试验条件差异进行了对比,并对不同剂量率对光纤辐照试验结果的影响进行了分析,给出了光纤在空间辐照环境条件下应用的辐照试验条件的选择原则。最后,采用0.1 rad（Si）/s剂量率对某国产纯硅芯光纤的抗辐照性能进行了试验评估,光纤在20 k rad（Si）总剂量辐照后光纤损耗为1.934 dB/km。空间辐照性能评估结果满足该项目的宇航型号的空间环境使用需求,辐照评估结论为可用。     

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．     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

Stabilization of a superfluorescent fiber source with high performance erbium doped fibers

A high stability superfluorescent fiber source with mean-wavelength stability of 1.3 ppm/°C over a temperature range of 100 °C is proposed based on spectral shaping combined with a thermal management unit. A thermal tunable filter combined with an unpumped filtering erbium-doped fiber is used as the single-pass backward filter. Theoretical model of the filtering fiber’s temperature dependent gain spectra is presented which decides the filter’s central-wavelength with minimum thermal sensitivity for a specific temperature change. Power efficiency and spectral bandwidth of the superfluorescent fiber source are optimized based on three different erbium-doped fibers at room temperature.     

一种C+L波段高功率掺铒光纤宽带光源

利用两段掺铒光纤作为增益介质，获得G波段与L-波段同时输出的高功率放大自发辐射(ASE)光。采用双级双程结构，两级分别采用前向和后向抽运方式，实现了功率高达19．20mw(12．83dBm)的C L波段(1520～1610nm)高稳定放大自发辐射光源，中心波长为1552．82nm。其中以低浓度铒光纤输出起种籽光作用，提高了光源的功率，调整了光谱平坦度。分析了两级抽运源参量的变化对光源各方面性能的影响。     

宽带Er-Tm共掺石英光纤放大自发辐射特性分析

探索了新型Er-Tm共掺石英基质超荧光光纤光源的特性，在粒子数方程和功率传输方程的基础上对其放大自发辐射（ASE）特性进行了理论分析。在单向泵浦中，分析了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性，描述了在不同光纤长度、离子浓度及泵浦功率下信号谱的变化趋势；在双向泵浦中，讨论了泵浦功率和信号功率随光纤长度的变化特性以及信号谱相对于光纤长度和泵浦功率的稳定性。结果显示，利用Er-Tm共掺石英基质光纤可以获得稳定的100nm放大自发辐射带宽，大约是传统掺铒光纤超荧光光源带宽的两倍，但输出功率比后者低3个量级以上。     

一种高性能光纤ASE光源的优化与研究

根据光纤Bragg光栅（FBG）传感系统光源应用需求,研制了一种双级双程结构的掺Er光纤（EDF）ASE（amplifiedspontaneous emission）光源,并对光源结构、输出方式、EDF长度以及泵浦功率进行了优化研究。结果表明,在最佳条件下实现了输出中心波长为1564．5nm、功率高达35．8mw和带宽...     

高性能低成本的C+L波段掺铒光纤光源

为了得到一种高性能的C+L波段的宽带掺铒光纤光源,用一个980nm和一个1480nm激光二极管作为抽运源,用两个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,对设计的光源进行了实验和理论验证,获得了功率为168.67mW(22.27dBm)、带宽达到80.701nm(1525.112nm～1605.813nm)的C+L波段宽带光源。结果表明,开始用两个980nm和一个1480nm二极管作为抽运源,之后改为一个980nm和一个1480nm二极管作为抽运源,并没有减少光源的输出功率,也没有改变稳定性。这一结果对减少光源的成本、提高光光转换效率,具有实际价值。     

Widely tunable S-band fiber-ring lasers and broadband amplified spontaneous emission sources with thulium-doped fluoride fibers

This paper reports our investigation on widely tunable fiber-ring lasers and broadband amplified spontaneous emission (ASE) light sources with thulium-doped fluoride fibers (TDFs). The experimental results for thulium-doped optical fiber amplifiers will also be discussed. We achieved widely tunable fiber lasers that had tuning ranges of 94 nm with 1550 nm + 1050 nm pump configurations and of 85 nm with 1550 nm + 1400 nm pump configurations, respectively. It was observed that the lasers oscillated under multilongitudinal-mode operation with linewidth of 400 MHz, signal-to-source noise ratio of 60 dB, and power stability of 0.003 dB for a laser output of 1 mW. A broadband ASE source with a power density of more than -15 dBm/nm between 1465 and 1535 nm was also demonstrated with a novel hybrid configuration by using both TDF and erbium-doped fiber.