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．     

平均波长和输出功率稳定性高的掺铒光子晶体光纤超荧光光源的实验研究

采用掺铒光子晶体光纤代替传统掺铒光纤来提高超荧光光纤光源输出的功率稳定性和平均波长稳定性。在-45℃~70℃的全温区范围内,对超荧光光纤光源的光纤长度和半导体激光器(LD)抽运功率进行优化,并提出了用插值法进行LD抽运功率的优化方法,在光纤长度优化的基础上,高效、精确地优化了抽运功率,改善了光源的平均波长稳定性。经过优化的光源,在-45℃~70℃的全温区范围内平均波长变化量为0.67×10-6/℃,输出功率稳定性为0.37%。     

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.     

高精度光纤陀螺用掺铒光纤光源辐照性能试验

针对高精度光纤陀螺的空间应用,理论分析了用于高精度光纤陀螺的不同结构掺铒光纤光源的抗辐照性能,指出了单通后向结构的掺铒光纤光源具有更好的抗辐照性能。对单通后向结构采用不同掺杂浓度的掺铒光纤设计并研制了掺铒光纤光源,在实验室用Co60辐照源进行了大小两个剂量率的辐照试验,监测了掺铒光纤光源平均波长和输出光功率随辐照总剂量的变化,试验结果表明:掺铒光纤掺杂浓度较高时,掺铒光纤光源的抗辐照能力较强;辐照剂量率较小时,掺铒光纤光源功率随辐照总剂量的降低速度更慢。掺杂浓度较高的掺铒光纤光源可以满足高精度光纤陀螺空间应用的要求。     

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     

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。     

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.     

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。     

Er-doped superfluorescent fibre source with enhanced mean-wavelength stability using chirped fibre grating

An Er-doped superfluorescent fibre source with enhanced mean-wavelength stability 2 ppm over the 0degC to 70degC range using chirped fibre grating is demonstrated. The effects of the temperature of the fibre, the pump power, the pump wavelength, the pump state of polarisation, and the feedback power have been considered and minimised with corresponding techniques.     

Polarisation-scrambled Er-doped superfluorescent fibre source with improved mean-wavelength stability

A polarisation scrambling scheme is employed to reduce the pump-polarisation-dependent mean-wavelength change in the Er-doped superfluorescent fibre source for gyroscope application. A PZT-based fibre-optic polarisation modulation is used at the pump port for polarisation scrambling. Changes of mean wavelength owing to pump polarisation variation are suppressed below 1 ppm.     

A depolarized Er-doped superfluorescent fiber source with improvedlong-term polarization stability

In a backward Er-doped superfluorescent fiber source (SFS), we report the observation of large mean wavelength variations (>100 ppm) induced by external perturbations of the fiber birefringence. These previously unreported variations, which need to be reduced to the ppm level for high-accuracy fiber-optic gyroscope applications, are shown to originate first from polarization-dependent gain induced by the polarized pump source, and second from a slight polarization dependence of the SFS wavelength division multiplexing (WDM) coupler and fiber isolator. We demonstrate that these effects can be substantially reduced by incorporating two Lyot fiber depolarizers in the source. The new depolarized SFS exhibits short-term mean wavelength stability of ±2.5 ppm and a long-term drift of ±3 ppm. The latter is probably due mostly to slow variations in the Er-doped fiber temperature, which can be eliminated with a simple temperature control to ~0.1°C     

Characteristics of erbium-doped superfluorescent fiber sources forinterferometric sensor applications

The characteristics of 1.55 μm Er-doped superfluorescent fiber sources (SFS's), intended for fiber-optic gyroscope (FOG) applications, are explored theoretically and experimentally. With proper selection of the source configuration, fiber length, pump wavelength, pump power, and fiber composition, we show that it is possible to meet the stringent requirements of the FOG, including a high output power, broad emission bandwidth, and excellent spectral thermal stability. Variations of the mean wavelength, spectral width, and output power of the SFS with fiber length, pump power, pump wavelength, and temperature are modeled for representative sources pumped near 980 nm or 1.48 μm, and are shown to be in good agreement with experimental results. The effects of a multimoded pump, erbium ion pair, and optical feedback are also assessed. This study indicates that the Er-doped SFS is an excellent candidate for the FOG and for other applications requiring spatial coherence and low temporal coherence     

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。     

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。     

A polarization-stable Er-doped superfluorescent fiber source including a Faraday rotator mirror

We report a tenfold stability improvement in the mean wavelength variations induced by polarization fluctuations in an Er-doped superfluorescent fiber source. This was accomplished by replacing the mirror in a double-pass source with a Faraday rotator mirror, thereby nearly eliminating polarization dependent gain. The resulting mean wavelength variations of less than 3.5 parts-per-million (limited by the detection noise floor), approach the requirement for inertial-grade fiber optic gyroscopes.