【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文） 外文文獻翻譯 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 光纖型梳狀濾波器的研究和設(shè)計 翻譯（ 1）題目 基 于一個高雙折射光纖雙 Sagnac 環(huán)的 可調(diào)諧多波長光纖激光器 翻譯（ 2）題目 可調(diào)諧全光纖雙折射梳狀濾波器 學(xué) 院 通信工程 專 業(yè) 通信工程 姓 名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 譯文一： 基于一個高雙折射光纖雙 Sagnac環(huán)的 可調(diào)諧多波長光纖激光器 王天樞 ,繆雪峰 ,周雪芳，錢勝 杭州電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院，中國杭州， 310018 作者通 訊： 20xx 年 12 月 12 日接受； 20xx 年 2 月 21 日校訂； 20xx 年 2 月 21 日完成； 20xx 年 2 月 22 日通告（ Doc. ID： 159647）； 20xx 年 3 月 28 日出版 我們提出并證明了一個基于雙光纖 Sagnac 環(huán)的可調(diào)諧多波長 光纖激光器。使用瓊斯矩陣分析了單個和兩個 Sagnac 環(huán)梳狀 濾波器的特性。模擬結(jié)果顯示兩個 Sagnac 環(huán)的可調(diào)諧性和可 控性比單個環(huán)的更好，這個結(jié)論也被 實驗結(jié)果所確認。通過調(diào) 整偏振控制器和保偏光纖的長度，可實現(xiàn)波長范圍、波長間隔 和激光線寬的調(diào)諧。實驗結(jié)果表明多波長光纖激光器輸出激光 的線寬為 和光學(xué)邊模抑制比為 50dB。 169。美國光學(xué)學(xué)會 20xx OCIS 編碼： , , , 1．引言 工作在波長 1550nm 附近的多波長光纖激光器已經(jīng)吸引了許多人的興趣，它可以應(yīng)用于密集波分復(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)，精細光譜學(xué)，光纖傳感和微波（ RF）光電 [14]等領(lǐng)域。多波長光纖激光器可以通過 布拉格光纖光柵陣列 [5]，鎖模技術(shù)[67]，光學(xué)參量振蕩器 [8]，四波混頻效應(yīng) [9]，受激布里淵散射效應(yīng)實現(xiàn) [1012]。 摻鉺光纖（ EDF）環(huán)形激光器可以提供大輸出功率，高斜度效率和大可調(diào)諧波長范圍。例如，作為一種可調(diào)諧 EDF 激光器，帶有單個高雙折射光纖 Sagnac環(huán)的多波長光纖激光器已經(jīng)提出 [1315]。輸出波長可以通過調(diào)整偏振控制器（ PC）進行調(diào)諧，波長間隔可以通過改變保偏光纖（ PMF）的長度進行調(diào)諧。然而，對于單個 Sagnac 環(huán)光纖激光器來說，波長間隔和線寬都不能獨立調(diào)諧 [16]。密集波分復(fù)用 （ DWDM）系統(tǒng)要求激光波長調(diào)諧更靈活，否則會限制這些激光器的應(yīng)用。一個雙 Sagnac 環(huán)的多波長光纖激光器能提供更好的可調(diào)諧性和可控性。采用這種結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)保持線寬不變的波長間隔可調(diào)諧，以及保持波長間隔不變 的線寬調(diào)諧。 本文提出和證明了一種雙 Sagnac 環(huán)可調(diào)諧多波長摻鉺光纖環(huán)形激光器。多波長選擇由兩個 Sagnac 環(huán)實現(xiàn)，而每個環(huán)由一個 3dB耦合器，一個 PC，和一段高雙折射 PMF組成。本文模擬分析了單個和兩個 Sagnac環(huán)的梳狀濾波器的特征。實驗中，得到輸出激光的半峰全寬（ FWHM）是 ，邊 模抑制比（ SMSR）是 50dB。通過調(diào)整兩個 PC 可以實現(xiàn)多波長激光器輸出的大范圍調(diào)諧。與單環(huán)結(jié)構(gòu)相比，改變 PMF 長度可以獨立調(diào)諧波長間隔和激光線寬。本文中提出的雙Sagnac 環(huán)光纖激光器是先前單 Sagnac 環(huán)多段 PMF 多波長光纖激光器工作的延伸，其在 DWDM 系統(tǒng)，傳感和儀表測試中具有潛在應(yīng)用。 2．實驗裝置和操作原則 提出的多波長光纖激光器的實驗裝置示意圖如圖 1（ a）中所示。一個 980nm的泵浦激光二極管（ LD）通過一個 980/1550nm 波分復(fù)用（ WDM）耦合到一段EDF 中。用一個能提供 10%反饋功率的 90/10 光纖耦合器耦合出激光輸出。多波長光纖激光器通過雙 Sagnac 環(huán)進行調(diào)諧。 如圖 1（ b）所示，高雙折射 Sagnac 環(huán)由一個 3dB 耦合器，一段 PMF，一個PC 組成。端口 3 和端口 4 通過一個 PC 和一段 PMF 連接起來。光束從端口 1 進入耦合器并被耦合器平均分成兩束。這兩束反向傳播的光束在環(huán)中重新耦合。由于 PMF 的高雙折射影響，光束在兩個軸（快軸和慢軸）上出現(xiàn)相位差。因此，當(dāng)光通過 PMF 時會產(chǎn)生一個角度偏差，通過 PC 時會產(chǎn)生另一個角度偏差。當(dāng)反向傳播過一個光纖環(huán)后，兩束光束在耦合器上干涉。 Sagnac 環(huán)的輸出特 性可以用 Jones 矩陣分析。 PMF 的 Jones 傳播矩陣可以描述為： （ 1） 這里的 ? ?/nL? ? ?? 是光在快軸和慢軸傳播相同距離所產(chǎn)生的相位差， L 是 PMF的有效長度， ? 是波長， ()n nf ns??是兩個軸的有效折射率差。還有， nf 和 ns 是快軸和慢軸的有效折射率指數(shù)。 因為當(dāng)光傳播通過一個 PC 時偏振角偏轉(zhuǎn)為 ? ，通過 PC 的透射光束的 Jones矩陣可以描述為： （ 2） 端口 1的入射光電矢量為 1E ，端口 2的入射光電矢量為 2E （ 2E =0）。 1E 被耦合器0= 0jPM FjeJ e?????????c o s sin= sin c o sPCJ ????????? 分成 3E 和 4E 。設(shè) 3E? 為 3E 通過 PC和 PMF的光學(xué)矢量， 4E? 為 4E 通過 PC和 PMF的光學(xué)矢量。因此， 3E? 和 4E? 相干疊加后在端口 1反射，在端口 2透過： （ 3） 端口 1 的入射功率為 ? ?211IE，反射功率為 ? ?211IE??。端口 2 的反射功率為 ? ?222IE??。透射率為： （ 4） 這個說明單 Sagnac 環(huán)的透射率與偏振偏轉(zhuǎn)角度和兩個軸的相位差有關(guān)。正如圖2 的模擬結(jié)果所示， PMF 長度越大，濾波周期越短和濾波帶寬越窄。但是，周期和帶寬不能單獨調(diào)諧。另外， PMF 雙折射率越高，濾波周期越短和濾波帶寬越窄。 對雙 Sagnac 環(huán)來說，在兩個 Sagnac 環(huán)之間安裝一個光纖隔離器可以消除反射光。因此，雙環(huán)的透射率可以描述為： （ 5） 很明顯，雙 Sagnac 環(huán)的透射率與長度或者基于 Eq（ 5）兩段 PMF 的折射率差有關(guān)。其次，濾波周期和帶寬分別由一段較短的 PMF 和一段較長的 PMF 決定，輸出激光可以通過單獨調(diào)整 PC 狀態(tài)和 PMF 長度進行調(diào)諧。在雙 Sagnac 環(huán)結(jié)構(gòu)中，兩段 PMF 長度分別為 2m和 1m，模擬結(jié)果如圖 3（ a）所示。圖中我們能看到濾波周期在變而濾波帶寬不變。保持一個 Sagnac 環(huán)中的 PMF 為 2m長不變，圖 3（ b）表明改變另一個 Sagnac 環(huán)中較長 PMF（ 2m）的長度可以改變?yōu)V波帶寬但使濾波周期不變。因此，使用雙 Sagnac 環(huán) 光纖激光器可以實現(xiàn)波長間隔和帶寬獨立調(diào)諧。 圖 1 （ a）基于雙 Sagnac 高雙折射光纖環(huán)干涉儀的可調(diào)諧多波長光纖激光器（ b） Sagnac 干涉環(huán) 413212 12 EE j EE j ?? ???? ??? ???? ?? ?????? ??2 2 2 21 2 1 1 2 2s i n c o s s i n c o sT T T ? ? ? ???2221/ s in c o sT I I ????? 圖 2 （彩色線）單 Sagnac 環(huán)的透射率譜 圖 3 （彩色線）雙 Sagnac 環(huán)的透射率譜 （ a）線寬不變時的可調(diào)諧濾波器的周期 （ b）周期不變時的可調(diào)諧濾波器的線寬 3．實驗及結(jié)果 在實驗中，隔離器 1 的作用是確保光單向傳播和降低噪聲。摻鉺光纖的長度，截至波長，數(shù)值孔徑和在 1530nm 附近的峰值吸收分別為 12m， 960nm， ，7dB/m。 PMF的長度為 5m和 2m，雙折射拍長小于 。泵浦光功率為 300mW，我們使用一種光譜分析儀（ AQ6370B）監(jiān)視輸出激光。根據(jù)模擬結(jié)果可以得出改變短 PMF 長度可以調(diào)諧濾波周期，濾波器中所有的傳播光會產(chǎn)生多個激光。由于增益譜平坦度和偏振衰減的限制，濾波帶寬的部分光將被抑制。激射波長的數(shù)量對 PC 狀態(tài)敏感。中心波長在 的三波長激光運行如圖 4 中所示，激光器的 SMSR大于 50dB。多波激光器不規(guī)則的輸出頻譜主要由不精確的 PMF折射率差，不精確的 PMF 長度和接頭損耗 引起。 圖 4（ b）顯示了超過 10 分鐘周期，每隔 2 分鐘重新掃描得到的激光輸出光譜，其激光波長在 、 和 ，可以觀察到穩(wěn)定的輸出功率和波長。對三波長激光光功率的測量表明最大的功率起伏小于 ，波長起伏小于 。 偏振偏轉(zhuǎn)角度可以通過調(diào)整 PC1 和 PC2 進行調(diào)諧，因此輸出激光的波長和波長間隔也可以調(diào)諧。如圖 5 所示，調(diào)整兩個 PC 可以觀察到多波長輸出激光在C 波段內(nèi)的（ a）短波長和（ b）長波長。圖 5（ c）整個 C 波段可以觀察到多波長輸出激光，并且激光器穩(wěn)定性隨著振蕩模式的增加 而降低。 在實驗中，我們觀察到輸出波長間隔可以通過調(diào)整兩個 PC 進行調(diào)諧。如圖6 所示，多波長光纖激光器的波長間隔從 （ a）降到 （ b） nm。調(diào)整 PC，濾波器帶寬中的部分光不會達到閾值。其次波長大小和波長間隔可以通過 PC 調(diào)諧。通過調(diào)整 PC，我們觀察到能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定輸出峰值的波長最大數(shù)目是 6 個。 波長間隔可以通過改變基于 Eq（ 5）的短 PMF 長度進行調(diào)諧。在實驗中，如圖 7（ a）所示，我們可以觀察到用 5m長的長 PMF 和 1m長的短 PMF 時波長間隔為 。另外，如圖 7（ b）所示，我們可以觀察到用 2m長的 短 PMF 時波長間隔為 。根據(jù)模擬和實驗的結(jié)果，波長間隔隨著短 PMF 長度增大而變小但帶寬保持不變。 根據(jù)模擬結(jié)果，激光器線寬可以通過改變長 PMF 的長度進行調(diào)諧。如圖 8（ a）所示，當(dāng)兩段 PMF 長度為 1m時能觀察到 的 3dB線寬；如圖 8（ b）所示，當(dāng)長 PMF 為 5m時能觀察到 3dB線寬。實驗結(jié)果表明了激光線寬隨著長 PMF 長度增大而變小但波長間隔保持不變。因此，模擬結(jié)果 [圖 3（ b） ]已經(jīng)用實驗結(jié)果證實。峰值線寬越小，光纖激光器的抗環(huán)境干擾能力越弱，但抖動起伏小于 。 圖 4 （彩色線）多波長光纖激光器的輸出光譜 （ a）三波長激光光譜 （ b） 10 分鐘內(nèi)重復(fù)檢測輸出光譜 圖 5 多波長激光輸出光譜 （ a）短波長帶 （ b）長波長帶（ c）整個 C 波段 圖 6 可調(diào)諧波長間隔在輸出激光光譜 （ a）波長間隔為 （ b）波長間隔為 m 圖 7 改變短 PMF 長度的輸出多波長激光器光譜 （ a） 1m 長的短 PMF（ b） 2m 長的短 PMF 圖 8 改變長 PMF 長度的 輸出多波長激光器光譜 （ a） 1m 長的長 PMF （ b） 2m 長的長 PMF 4．結(jié)論 我們提出并證明了基于雙 Sagnac 環(huán)的可調(diào)諧多波長環(huán)型 EDF 激光器。通過Jones 矩陣分析了單個和兩個 Sagnac 環(huán)梳狀濾波器的特性。模擬結(jié)果表明雙Sagnac 環(huán)比單 Sagnac 環(huán)具有更好的可調(diào)諧性和可控性。 3dB 的輸出激光的線寬測量為 ， SMSR 為 50dB。通過調(diào)整兩個 PC 可以觀察到大范圍可調(diào)諧多波長光纖激光器的輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定輸出峰值的波長最大數(shù)目是 6 個。改變短 PMF 長度可以調(diào)諧波長間隔而不改變線寬；改變長 PMF 長度可以獨立調(diào)諧激光線寬。 我們由衷地感謝中國自然科學(xué)基金的支持（項目號 6907020）。 參考文獻 1. A. E. H. Oehler, S. C. Zeller, K. J. Weingarten, and U. Keller,“ Broad multiwavelength source with 50 GHz channel spacing for wavelength division multiplexing applications in the tele C band,” Opt. Lett. 33, 2158–2160 (20xx). 2. . Liu, X. Dong, P. Shum, S. Yuan, G. Kai,