光纤随机激光器是新概念光纤激光器,也是随机激光器研究领域的重要分支,它没有传统光纤激光器中边界明确的光学谐振腔(无纵模),因此其工作机制具有新颖而丰富的物理内涵。并且其在光通信、光传感、光成像、国防、工业制造等领域有着巨大的应用前景,近年来已经成为国际光学界的研究热点之一。本书较为系统的阐述了光纤随机激光器的基本工作原理、已揭示的重要光学特性、若干新颖的光纤随机激光器结构,并用较大篇幅介绍了其作为新颖光源、光放大器的典型应用。本书内容中包含了作者大量的原创性成果,相关研究成果入选美国光学学会年度重要进展,并且得到了国家自然科学基金重大/重点项目、教育部创新团队及学科创新引智基地等项目的大力支持。
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第1章 绪论 1
1.1 光纤随机激光器的发展历程 1
1.2 高效率和高功率光纤随机激光器 5
1.3 基于光纤随机激光的分布式拉曼放大技术 8
参考文献 11
第2章 光纤随机激光器的原理 15
2.1 光纤随机激光器的分类及工作原理 15
2.1.1 激光的基本原理 15
2.1.2 随机激光理论基础 19
2.2 光纤随机激光器的分类及工作原理 22
2.2.1 光纤中的散射 23
2.2.2 结合随机瑞利散射的光纤激光器 28
2.2.3 填充型光纤随机激光器 30
2.2.4 基于弱反FBG串的相干反馈光纤随机激光器 31
2.2.5 分布反馈式光纤随机激光器 32
2.3 随机激光器的理论模型 39
2.3.1 平均功率平衡模型 39
2.3.2 激光阈值 40
2.3.3 输出功率和频率 42
2.3.4 随机DFB光纤激光器中的纵向功率分布 45
2.4 掺铒光纤放大模型及应用 48
2.4.1 掺铒光纤放大理论 48
2.4.2 掺铒光纤光放大模型数值求解 50
2.4.3 掺铒光纤光放大模型边界条件 51
2.4.4 拉曼放大模型 52
2.4.5 掺铒光纤及拉曼混合增益RFL仿真 54
参考文献 57
第3章 光纤随机激光器的结构及输出特性 59
3.1 全开腔光纤随机激光器 61
3.1.1 全开放腔RFL功率分布及阈值特性 62
3.1.2 全开放腔RFL光谱特性 63
3.1.3 全开放腔RFL输出相干特性 65
3.2 半开腔随机分布反馈光纤激光器 66
3.2.1 半开放腔RFL理论模型 67
3.2.2 半开放腔RFL输出特性 68
3.2.3 基于光纤环镜的半开腔RFL 73
3.3 环形腔RFL 78
3.3.1 环形腔RFL实验原理 79
3.3.2 环形腔RFL输出特性 79
3.3.3 环形腔RFL与线形腔RFL特性比较 84
3.4 混合腔RFL 87
3.5 RFL的输出稳定性 89
3.6 RFL的光谱线宽特性 90
3.7 RFL的时域动态特性 91
3.8 RFL的偏振特性 97
3.8.1 实验装置 98
3.8.2 实验结果 99
3.8.3 理论分析及仿真 103
参考文献 105
第4章 高效率高功率光纤随机激光器的实现及应用 108
4.1 基于短腔的高效率光纤随机激光器 108
4.1.1 光纤长度的影响 110
4.1.2 泵浦端反射镜反射率的影响 113
4.1.3 实验结果 115
4.2 高效率线性偏振光纤随机激光器 125
4.3 高效率高功率光纤随机激光器的应用 129
4.3.1 放大器种子源 129
4.3.2 装置原理及分析 130
4.3.3 掺钬光纤激光泵浦源 132
4.3.4 掺铥光纤激光器泵浦源 133
参考文献 137
第5章 特种光纤随机激光器 138
5.1 基于DCF的特种光纤随机激光器 138
5.1.1 DCF中随机激光器的产生及特性 138
5.1.2 DCF与SMF混合型随机激光器 141
5.2 基于EDF的光纤随机激光器 145
5.2.1 混合布里渊-掺铒光纤增益的光纤随机激光器 145
5.2.2 混合拉曼-掺铒光纤增益的随机光纤激光器 148
5.2.3 融入EDF的超长拉曼光纤激光器 158
5.3 填充型光纤随机激光器 161
5.3.1 增益填充型光子晶体光纤的发光特性 161
5.3.2 引入随机增益介质的光子晶体光纤随机激光器 165
5.3.3 新固化材料随机光纤激光器 170
5.3.4 光纤型随机包层随机激光器 171
参考文献 180
第6章 光纤随机激光器的调控 182
6.1 融入FBG的光纤随机激光器新特性 182
6.1.1 低阈值半开腔高阶随机光纤激光器 182
6.1.2 部分可调双波长随机光纤激光器 185
6.1.3 拉曼泵浦多波长光纤随机激光器 189
6.1.4 拉曼泵浦超长FBG光纤随机激光器 192
6.2 波长可调谐光纤随机激光器 194
6.2.1 融入光子晶体光纤环镜的多波长光纤随机激光器 194
6.2.2 宽带多波长光纤随机激光器 198
6.2.3 多波长可调谐光纤随机激光器 200
6.3 窄线宽光纤随机激光器 202
6.3.1 基于可变的纤芯的分布反馈窄线宽光纤激光器 202
6.3.2 结合F-P腔滤波的窄线宽光纤随机激光器 207
6.4 融入随机分布FBG阵列的光纤随机激光器及其调控 209
6.4.1 基于随机分布FBG阵列的相干反馈随机激光器 209
6.4.2 随机分布FBG阵列随机激光器的调控 213
参考文献 219
第7章 光纤随机激光器在光纤传感中的应用 221
7.1 光纤随机激光器在点式光纤传感器中的应用 221
7.2 光纤随机激光器在分布式传感中的应用 226
参考文献 232
索引 235