题目：基于FBG的掺铒光纤激光器的调谐技术研究

随着光纤通信技术的发展，各种新型光纤有源器件和无源器件不断涌现出来。在光纤有源器件中，光纤激光器，尤其是波长可调谐光纤激光器，以其与常规光纤天然的兼容性和良好的温度稳定性等优点为世人所关注，成为半导体激光器有力的竞争对手。可调谐光纤激光器不仅是波分复用(WDM)光纤通讯系统中的关键器件，而且还可以运用于光纤传感器和光谱分析等领域。 本文首先概要介绍了调谐光纤激光器的研究背景，包括调谐光纤激光器的特点、应用、发展现状等。其次介绍了光纤激光器的调谐器件光纤光栅的耦合模理论分析方法，结合MATLAB编程软件数值模拟了光纤布拉格光栅的各种光谱特性，并详细分析了影响光纤光栅中心反射波长的因素，深入研究了光纤光栅的波长调谐的原理并对常用方法进行了总结与对比，并结合实验室现有条件，选择了PZT应力调谐和温度调谐的两种研究方案。接着着重介绍了方案的硬件设计。其一，设计实现了一种方便实用的PZT和FBG的封装结构，该结构采用机电结合的方法使其具有调谐精度高，调谐范围大等特点；其二，设计实现了一套高精度的PZT的驱动电路模块，该模块能实现0~200V的电压输出、0~1kHz的信号频率，带载纹波小于100mV；第三，设计实现了一套由温度控制主电路和温控槽结构两部分组成的温度控制系统，该温控系统具有很大的驱动电流能力，最高能提供十几安的驱动电流，经验证温控精度为0.1℃，温控范围在15℃~55℃。最后进行了光纤光栅的应力调谐、温度调谐及温度补偿实验，应力调谐分别采用旋转千分尺推动移动台和给PZT施加驱动电压两种方法得到了3nm、0.85nm的调谐范围，而且调谐过程中都能保持FBG反射光谱特性基本不变。温度调谐实验在20 ~50 的范围内，得到FBG的调谐量为0.26nm，并能实现对FBG波长的线性度良好的双向调谐。温度补偿实验采用一种负膨胀材料的补偿结构， 使得FBG在0~70℃的温度范围内的波长变化量缩短了0.27nm。最终将之前设计的调谐系统成功应用于光纤激光器，组建了可调谐激光器，得到了同样的调谐范围，且在调谐过程中激光器的功率和带宽基本保持不变。