● 摘要
掺铒光纤光源SFS（Superfluorescent Fiber Source）出纤功率高、光谱宽、波长稳定性好，在光纤陀螺FOG（Fiber Optic Gyroscope）领域具有重要的应用价值。论文建立了掺铒光纤光源的通用仿真模型，研究了光源平均波长和功率的稳定性技术；在此基础上，对光源的相干理论及相干特性、光源的噪声特性及噪声控制技术、光源的辐照特性及抗辐照技术进行了深入的理论分析和实验研究。
论文的工作包括以下主要内容：
1、建立了光纤光源的通用仿真模型，基于该模型对不同结构光源的输出特性进行了仿真研究。提出了“恒流源＋温控”和“光控”相结合的光源电路驱动控制方案，基于不同光路结构和滤波技术研制出不同输出谱型的高稳定掺铒光纤光源。
2、为得到任意谱型光源的精确相干函数，提出将光源输出光谱离散化，对分段光谱进行傅立叶变换的思路。基于该思路编写了宽带光源相干特性仿真软件并实验搭建了相干特性测试平台，对宽谱光源的相干特性进行仿真和实验研究，建立了宽谱光源相干特性的评价标准。研究结论为低相干掺铒光纤光源的优化设计提供了理论基础。
3、研究了宽谱光源的噪声理论，搭建光源噪声测试系统实现了对不同谱型和偏振度光源噪声的精确测量，提出了基于功率加权平均谱宽的相对强度噪声计算模型。为研制低噪声掺铒光纤光源，优化了光源驱动电路和控制算法，完成了低噪声驱动控制电路的设计。理论研究了光源噪声对光纤陀螺随机游走的影响，搭建高精度光纤陀螺实验系统测试了不同光源下光纤陀螺的随机游走系数，验证了噪声理论模型；该研究为光源RIN的评估和高精度光纤陀螺的优化设计提供了重要的理论和实践基础。
4、实验研究了辐照射线对掺铒光纤光源主要光学器件工作性能的影响，重点研究了辐照条件下掺铒光纤的背景损耗和有源区损耗特性。深入分析了不同结构掺铒光纤光源输出光谱的辐照损耗机理，研究了基于“重金属屏蔽”的被动抗辐照技术和基于“光褪色”的主动抗辐照技术，提出利用“高稳定特征波段”、“主动光褪色技术”和“980nm泵浦光闭环反馈控制技术”相结合的掺铒光纤光源抗辐照方案。
5、基于光子晶体光纤的“本征光褪色”效应，提出抗辐射、低噪声、高稳定掺铒光纤光源的设计思路。设计一种具有无限单模传输特性的高浓度掺铒光子晶体光纤，研究了光纤的吸收谱和荧光谱特性；基于单程后向结构光源，实验优化了光源光路参数，降低了掺铒光子晶体光纤的有源区损耗。利用光纤“本征光褪色”效应、“光谱滤波技术”和“980nm泵浦光闭环反馈控制技术”设计出高性能抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，光源在200Krad辐照剂量下输出光谱宽度大于40nm，平均波长稳定性2.6ppm/Krad，功率损耗小于0.2dB。