● 摘要
相移光栅激光器在光纤通信系统、光纤传感、集成光学等各个方面展示出越来越重要的作用和应用前景，它可广泛的应用于光纤传感器、激光陀螺等方面。本文依据光纤光学、激光原理、光波导理论、偏振光学等理论基础，对激光器的关键器件相移光纤光栅（Phase-shift laser fiber grating，PSFBG）进行了研究，并建立了相关的激光器实验平台，对其在窄线宽相移光栅激光器中的应用展开了深入的理论和实践研究。
论文主要开展以下研究：
一，相移光纤光栅进行理论分析。概述了光纤光栅分析理论，对耦合模理论和传输矩阵法进行了详细的介绍，编写了相关仿真程序的流程图，此外在针对结构比较复杂的光纤光栅的仿真问题，引入了OptiGrating软件，并对于OptiGrating软件进行了举例说明。
二，双波长光纤光栅的光谱特及其传感方面的应用研究。第一部分分析了分析了双波长光纤光栅（Dual wavelength phase-shift laser fiber grating, DW-PSFBG）的光谱特性，指出其透射峰间距受到相移量、折射率调制深度和光栅长度的影响，在此基础上提出一种基于DW-PSFBG透射峰间隔变化规律的传感方法。第二部分建立了DW-PSFBG的简化模型，用FBG F-P腔谐振相位条件求取和优化了DW-PSFBG透射峰间距的表达式。
三，基于窄带滤波的激光模式选择光栅研究。第一部分提出一种机械串联式光纤光栅的制作方法，对其进行了仿真，分析了它的滤波特性，同时也实验验证了机械串联式光纤光栅的带通、窄带滤波、及双峰滤波特性，特别是窄带的3dB带宽为16pm。第二部分我们在成功制作相移等效式叠印光纤光栅的基础上对其进行了测试。这章对于光纤光栅的窄带滤波器件进行了深入分析，为光纤激光器实验奠定了基础。
四，光纤光栅的调谐技术。首先是对光纤光栅温度调谐的原理进行分析并搭建了相关的测试系统进行温度测试，在此基础上搭建了基于MAX1978的温度调谐系统；然后对光栅的应力调谐进行了理论研究，在此基础上设计了基于(Piezoelectric ceramic transducer, PZT)的应力调谐系统，并且在高倍光学显微镜下通过测试；最后设计了基于XL6009的PZT调谐驱动电路，在实现5-55V大范围电压调节的基础上减小了电路体积，为驱动电路的工程化奠定基础。
五，窄线宽相移光栅激光器进行了实验研究。第一部分首先介绍了线形腔结构相移光栅激光器的基本结构、工作原理，搭建测试系统对激光器的输出功率及斜率效率进行测试；然后采用延时自外差法对于激光器的线宽进行了测试得到3dB线宽约为1.16kHz；最后对于线性腔结构的激光器进行了温度调谐的测试，结果显示在温度范围为30-100℃内，激光器输出中心波长的温度变化系数是10.1pm/℃。第二部分首先介绍了环形腔结构相移光栅激光器的基本结构、工作原理，搭建测试系统对激光器的输出功率及斜率效率进行测试，当泵浦光功率为100mW时，激光器输出功率为1.42mW，信噪比为52dB；然后采用延时自外差法对于激光器的线宽进行了测试得到3dB线宽约为580Hz；最后对其进行了偏振度的测试，发现其DOP在99%-99.8%范围内波动。