单频布里渊光纤激光器结构紧凑,操作简单,性能稳定,并且对布里渊泵浦光具有线宽窄化和噪声抑制的作用,在光纤传感、高精度频谱分析和微波光子学等领域具有重要的应用前景,因此引起了人们广泛的关注。目前单频布里渊光纤激光器的单频性能已经取得了很大的进步,但是其调谐性能却没有得到明显地改善。为了进一步拓展其应用,需要进一步提高激光的调谐能力。本论文的主要工作是研制频率精细可调谐单频布里渊光纤激光器,并以此为技术基础,系统研究了其在高质量微波/毫米波的光子学产生领域中的应用,取得多项创新性研究成果,我们的主要研究工作包括:1、利用可调谐半导体激光器作布里渊泵浦光源,研制了激光输出线宽小于5 kHz的单频布里渊光纤激光器。同时测量了布里渊泵浦光的线宽,并对单频布里渊光纤激光器的线宽窄化和噪声抑制效应进行了理论和实验研究。2、提出利用声波频域处理方法对单频布里渊光纤激光器进行频率调谐以达到较高的调谐精度。单频布里渊光纤激光器的输出频率等于布里渊泵浦光频率与光纤布里渊频移之差。对单频布里渊光纤激光器中作增益介质的光纤施加可调谐应力,光纤的布里渊频移被改变,因此激光输出频率将得到调谐。实验研究表明,激光频率的调谐精度大大提高,可达60 kHz,比传统激光器的调谐精度提高近三个数量级。3、实现了单频布里渊光纤激光器在一个自由频谱宽度内的连续调谐。实验研究表明,在一个自由频谱宽度内(19.82 MHz),激光器的连续调谐范围为6.22 MHz,跳模大小为13.6 MHz。4、利用双波长单频布里渊光纤激光器进行拍频实现了稳定性很高的微波信号。此微波信号线宽约为10 kHz,并且由于两个单频布里渊光纤激光器的布里渊泵浦为同一个泵浦源,因此极大地消除了布里渊泵浦光频率漂移对微波信号稳定性的影响,其稳定性大大提高。实验结果表明微波信号的频率漂移小于0.1 MHz。5、本文还研究了利用级联可调谐单频布里渊光纤激光器,得到频率精细可调谐且线宽小于2.8 kHz的微波信号。此光生微波信号的频率很高,达数十GHz,稳定性很好,且微波信号的频率调谐精度达到百kHz量级。
