超窄线宽光纤环形腔激光器跳模机理及基于M-Z干涉仪的跳模抑制技术

超窄线宽单纵模光纤激光器具有超低的相位噪声特性,能提高干涉型光纤传感器、光频域反射仪、光相干通讯等相干检测系统的性能，但激光器本身的随机跳模问题却严重制约了超窄线宽单纵模光纤激光器在相干检测领域的广泛应用。本项目运用模式竞争理论对光纤激光器的跳模机理进行理论分析和数值模拟，得出影响激光器跳模的主要因素；提出基于M-Z干涉仪的跳模测量和分析方法，获得激光器的跳模规律和跳模过程模式竞争的细节，从而优化激光器的参数、改善封装工艺并获得抑制跳模反馈控制的关键参数；研究用PZT相位调制器对激光腔长反馈控制的跳模抑制方法，解决激光器跳模问题。该项目研究必将极大地促进超窄线宽光纤激光器在相干检测的实际应用，具有很高的学术价值和工程应用价值。

随机跳模现象降低了超窄线宽掺铒光纤环形腔激光器的稳定性，从而制约着这一具有高相干、快速调谐和低噪声优良特性的光源进一步走向实用。为满足军事和航天等高可靠系统的需求，探索高相干光源随机跳模的抑制方案具有迫切的现实意义。我们系统研究了含饱和吸收体的单纵模光纤环形激光器跳模问题，建立了光纤环形腔激光器跳模问题的研究框架，分析并测量了环形腔内饱和吸收动态光栅的稳态与瞬态频谱响应，提出了含饱和吸收体光栅的全光纤自组织激光腔稳态模型，设计了基于干涉仪的跳模实时定量检测方法，明确了影响跳模的最重要的控制参数，发展了双参数全状态空间稳定性地图测量方法，并首次测得该类激光器受腔长与抽运参数控制的稳定性地图。基于这些工具，初步明确了激光稳定性随抽运功率和腔长等控制参数的变化关系，测得了对腔长慢飘不敏感的无跳模单纵模工作参数范围。根据理论和实验预测进行的参数改进极大地提高了激光器的跳模阈值，降低了跳模概率。