● 摘要
布里渊光纤环形激光器是一种新型的光纤激光器，具有线宽窄、频率稳定、增益方向敏感的优点。本文对其产生激光的原理、谐振腔结构、参数模型、模式特性进行了细致的理论分析和全面的实验研究。针对基于布里渊散射的分布式传感器外差检测的需求，设计并实现了布里渊光纤环形激光器实验系统。本论文主要开展了以下研究工作：1. 布里渊光纤激光器谐振腔的选型。通过对光纤中的布里渊散射机理、光纤环形谐振腔及线形谐振腔详细的理论推导和分析，阐明了环形腔和线形腔布里渊光纤激光器的工作原理；实验研究了光纤中的布里渊散射现象、环形腔和线形腔布里渊激光器的输出特性，并进行了对比，给出了对比结果，确定了布里渊光纤激光器谐振腔的腔型。2. 布里渊光纤环形激光器阈值及转化效率特性研究。通过分析布里渊光纤环形激光器阈值和转化效率与组成谐振腔的光纤长度、耦合器的耦合比及泵浦功率的对应关系，建立了数学模型，对其进行了仿真研究，给出了仿真研究的结果，得到了阈值及最佳转化效率的理论值；通过分别改变泵浦功率、光纤长度和耦合器耦合比进行了实验研究，验证了仿真结果；总结出了布里渊光纤环形激光器的设计原则。3. 单频布里渊光纤环形激光器研究。通过分析布里渊光纤环形激光器中布里渊散射效应对泵浦源线宽的压窄作用，建立了线宽数学模型，对其进行了仿真研究；搭建了零拍法线宽测试装置，对布里渊光纤环形激光器的模式特征进行了实验研究，给出了影响谐振腔内模式分布的因素及单个模式的线宽；通过分析光纤激光器的单频运转机理、提出了布里渊光纤环形激光器的选纵模方案，在此基础上，仿真验证了多环形腔选纵模方案用于布里渊光纤环形激光器的可行性。4. 布里渊光纤环形激光器系统实现及实验验证。详细论述了布里渊光纤环形激光器系统的总体光路设计，提出了光路器件的选型方案；搭建了布里渊光纤环形激光器实验系统，并进行性能测试，根据测试结果做了分析与讨论。