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传统的掺铒超荧光光纤光源(ED-SFS)中增益光纤的长度在几米至几十米之间,光纤中的非线性效应会随着光纤长度的增加而剧烈增大,较长的光纤影响到ED-SFS的性能,且不利于集成化。本论文所研究的超短长度铒镱共掺超荧光光纤光源(EYD-SFS),增益光纤的长度仅为10厘米量级,大大减少了光纤中的非线性效应,缩小了器件的体积,有利于光子集成。本文首先阐述了制作光纤预制棒及拉制光纤的过程。用二次套孔法制作单包层单模铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤(EYDPF)预制棒时,以预制棒直径16 mm,拉制标准直径(125μm)光纤为例,计算表明:每次打孔直径2.21 mm,每次打孔偏心距3.4 mm为最佳加工尺寸。制作出光纤预制棒后,用开发的小型自动特种光纤拉丝机成功拉制出单包层标准直径的EYDPF,误差可以控制在±5μm以内。然后,对超短长度EYD-SFS进行了理论研究。建立了一个以六能级速率方程和功率传输方程为基础的理论模型。在理论模型中,不仅包括了高浓度掺杂时所发生的共协上转换(UC),交叉弛豫(CR),Yb3+到Er3+的前向能量传递(FET),累积能量传递(CET)以及二次能量传递(DET)等过程,而且考虑了光纤温度的影响。采用打靶法数值分析了输出功率,发现双程前向(DPF)结构是一种较理想的基本结构。以DPF结构为例,当光纤长度14.6 cm,信号光反射镜的反射率0.99,Er3+浓度2×1026 ions/m3,Yb3+浓度8×1026 ions/m3时,本征热力学系数(ITC)的理论值为1.59 ppm/℃。计算了Er3+-Yb3+共掺体系中的非线性跃迁过程(共协UC,CR,CET以及DET)、Yb3+掺杂和玻璃基质对ITC的影响。对DPF结构的超短长度EYD-SFS进行了理论优化,计算结果表明:当泵浦功率为330 mW时,为了获得最佳的输出性能,Er3+浓度应控制在2×1026ions/m3,Yb3+浓度应控制在8×1026ions/m3,信号光反射镜的反射率应选为0.99,从输出功率和带宽的角度看来,光纤最佳长度为14—16 cm,然而,缩短光纤长度可以提高平均波长的稳定性。最后,对超短长度EYD-SFS进行了实验研究。当泵浦功率1.68 W时,从长度10.4 cm的光纤中,得到了输出功率16.85 mW,平均波长1540.9 nm,带宽18.4 nm,斜率效率18.6%的超荧光输出。据我们所知,这是目前所报道的最短长度的ED-SFS。同时也研究了15.2 cm光纤中,超荧光输出功率、平均波长和输出带宽的大小,理论模拟和实验数据之间得到了很好的吻合。光纤长度为14.6 cm时,在室温(20—23℃)下,5个小时内EYD-SFS平均波长的波动为16.7ppm。平均波长的波动主要受泵浦功率,泵浦波长和光纤温度影响。经测量,由泵浦功率和泵浦波长所引起的平均波长的波动分别为±7.82 ppm和±0.016ppm。由于光纤温度的影响很难通过实验测得,我们采用了ITC的理论计算结果(1.59 ppm/℃),得到平均波长的波动范围为20.4 ppm,和实验测量结果一致。