随机分布反馈光纤激光器偏振特性研究

Random distributed feedback fiber laser (RDFB-FL) has become an important topic of research on random lasers since 2010，and it was considered to have significant potential for fiber-optic communications and sensing,etc. The fundmental feature of RDFB-FL is that it doesn' have the reflective mirrors for forming a resonant cavtity, which all traditional fiber lasers have. Therefore, RDFB-FLs have some intrinsic advantages, such as simple manufacture, high tolerance to structural irregularites, etc. The academic commuity has just begun to the explore of its performance characteristics and its physcial mechnisms. During the preliminary work, the applicant found that the RDFB-FL has a superior temperature-insensitivity feature for the fist time, and demonstrated a long-distance fiber-optic temperature system based on the RDFB-FL; Moreover, the applicant demonstrated an ultra-long-distance distributed sensing system, using the RDFB-FL as a pump source for distributed amplification. In this project, the applicant will focus the research on the polarization properties of the RDFB-FL and establish a vectorial analysis model of the RDFB-FL. The major research tasks include: (1) to establish a vectorial simulation model;(2) to explore the properties of the RDFB-FL with polarized pump; (3) to explore the stability of the RDFB-FL with regard to the variation of polarization. The research work in this project will contribute to the establishment of the complete physical model of the RDFB-FL, and lay a good theoretical foundation for the wide employments of RDFB-FLs in future.

随机分布反馈光纤激光器是随机激光器研究领域2010年新形成的重要分支，它被认为在光纤通信与光纤传感等领域具有巨大的应用潜力。随机分布反馈光纤激光器在结构上的本质特点在于：它没有传统光纤激光器中用于构成光学谐振腔的反射镜。因此它具有制作工艺简单、对结构误差容忍度高等固有优点。学术界对该类激光器的工作特性、物理机理的研究刚刚开始。在申请人的前期研究工作中，发现了该激光器优异的温度稳定特性，并根据此特性研制了超长距离点式温度传感系统；此外，还将该激光器作为分布式放大泵浦源，研制了超长距离分布式传感系统。在本项目中，申请人将以研究该激光器的偏振相关特性为切入点，对其物理特性进行矢量分析。主要研究内容包括：(1)矢量仿真模型的建立；(2)偏振光泵浦条件下的激光器特性研究；(3)激光器的偏振稳定性研究。该研究工作将推动随机分布反馈光纤激光器完整物理模型的建立，并为其今后的广泛应用奠定坚实的理论基础。

随机分布式反馈光纤激光器自2010年以来的快速发展充分表明，这类激光器具有非常丰富的物理内涵，值得进行深入探索；同时，在这些物理本质尚未充分揭示之前，这类激光器已经表现出来的宽带波长调谐能力、输出稳定性，以及低噪声分布式放大性能等等，预示着其在通信、传感等领域巨大的应用潜力。本项目旨在以研究随机分布式反馈光纤激光器的偏振特性为切入点，通过数值仿真及实验研究，为进一步揭示其内在物理机制提供关键依据，为其性能的提升及今后的广泛应用奠定坚实的理论基础。.本项目研究了偏振光泵浦条件下随机分布式反馈光纤激光器的新颖特性。在本项目之前对于拉曼增益型随机分布式反馈光纤激光器的研究工作均采用的是非偏振光泵浦，而光纤中的受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应均与偏振高度相关。本项目的研究结果表明，改变输入泵浦的偏振态，激光的阈值、偏振态、偏振度会显著变化。另外，光纤两端的功率输出特性表明，与相同功率非偏振泵浦相比，在偏振泵浦情况下激光阈值降低，激光的功率分布发生了明显变化，前向波功率增强，在光纤泵浦端输出的后向波输出效率降低。通过对原有随机光纤激光的稳态方程进行了改进，数值仿真结果可以有效阐释实验结果；基于上述结论，项目组还实现了基于偏振调控的脉冲输出型随机分布式反馈光纤激光器。项目成果对于随机分布式反馈光纤激光器的效率提升、脉冲产生、光放大应用等方面有借鉴意义。.项目组在国际期刊发表SCI论文14篇(二区以上12篇)，在国际会议上发表EI收录论文7篇，在学术会议上作特邀报告5次；已申请美国发明专利1项并已获授权，申请中国发明专利6项（2项已获授权）。相关成果入选由美国光学学会（OSA）组织评选的2014年全球30项光学重要进展；国际上首先提出随机分布式反馈光纤激光器概念的S. K. Turitsyn教授在2015年邀请项目负责人为国际光学顶级期刊《Advances in Optics and Photonics》（影响因子10.11）共同撰写了长篇综述文章“Recent advances in fundamentals and applications of random fiber lasers” 。