基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3 dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528 nm(1 660~2 188 nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。

近年来，L波段扩展掺铒光纤放大器（EDFA）由于能覆盖更宽的波长范围而备受关注，但其增益水平普遍较低。本文采用1480 nm激光泵浦Er/Yb/P共掺光纤，结合双程放大和预放大技术，研制了高增益的L波段扩展EDFA。实验装置在1556~1621 nm 的65 nm范围内获得高于20 dB的增益，最大增益达48.8 dB（1566 nm），30 dB增益带宽达58 nm（1558~1616 nm），噪声系数在1580~1610 nm范围内低于5.8 dB。该研究工作有效提高了L波段扩展EDFA的增益水平，并将噪声系数控制在较低的范围，可有效提升常规光纤通信系统的传输带宽和容量。

采用能增强瑞利散射效率的光纤随机光栅作为掺铥光纤随机激光器的随机分布反馈介质，光纤环镜下激光器形成半开腔结构，在793 nm半导体激光器泵浦下，实现了波长为1951 nm的单波长随机激光输出。激光器的泵浦阈值功率为2.1 W，比已报道的相同泵浦波长的掺铥光纤随机激光器的阈值低40%。在泵浦功率为6 W时，获得的激光输出功率为142.9 mW，边模抑制比为43 dB，输出激光在1 h内的波长偏移量小于0.1 nm，功率波动小于3.7 mW，具有良好的稳定性。

针对现有的波长解调型光纤布喇格光栅(FBG)风速计系统成本高、操作不方便等问题, 提出一种基于FBG啁啾效应的强度解调型光纤热式风速计。使用泵浦激光对长度为15 mm的FBG进行非均匀加热后, 使其产生明显的啁啾效应, 利用啁啾化FBG在风速作用下温度梯度降低导致啁啾程度减弱, 其反射光功率也随之减小的原理, 成功实现了强度解调型的FBG风速测量。实验结果表明: 风速计的测量范围达0~11 m/s, 在风速为0.1 m/s时风速计的灵敏度高达-28.60 μW/(m·s-1), 其动态响应时间小于1 s(低风速到高风速约为0.3 s, 高风速到低风速为0.9 s)。

由于传统的湿度传感器测量湿度的准确性和稳定性易受环境影响, 提出一种基于光学游标效应增敏的光纤湿度传感器, 通过在单模光纤的尾端依次熔接一小段空芯毛细管和单模光纤, 获得2个级联的光学法布里-珀罗(F-P)干涉仪, 调整腔长使二者干涉谱的自由光谱范围接近, 从而通过光学游标效应获取更高的湿度灵敏度, 对湿度的响应由涂覆在光纤传感头端面的聚乙烯醇凝胶薄膜实现。实验结果表明: 在相对湿度(RH)变化范围为40%~65%时, 基于光学游标效应增敏的传感器比单F-P型光纤传感器的湿度灵敏度高了4.05倍。

针对光纤热式风速计需要专门的泵浦激光或加热电阻所带来的成本增加和操作不便,提出了基于光源自加热效应的高灵敏度光纤热式风速计。首先在单模光纤端面用紫外光固化胶制作法布里-珀罗干涉仪并将其作为传感探头;然后利用传感探头对输入宽带光源的吸收所产生的热量,获得自身较高的初始温度;最后测量传感探头在气流作用下温度降低及应变所引起的干涉光谱的波长漂移量,根据波长漂移量与风速的特定关系来实现风速测量。在0~7 m/s的风速范围内对传感探头进行测量,结果表明传感探头获得高达-3.13 nm/(m·s ^-1)的风速灵敏度,响应时间约为250 ms。

研究了一种基于光纤Sagnac环镜的多波长线性腔掺铥光纤激光器。该激光器采用1.5 m长的双包层掺铥光纤为增益介质, 793 nm激光二极管为泵浦源, 光纤Sagnac环镜和光纤环形镜构成激光器谐振腔。通过增加泵浦功率和调节偏振控制器, 在1 949~1 976 nm的光谱范围内实现了1~7个波长的激光输出, 输出功率达毫瓦量级, 光信噪比达到40~50 dB。