针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题，提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论，确定了位移-波长漂移量的变化系数，然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法，最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明，波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm，波长漂移解算速度达50/s(测量时间为0.02 s)，相比光学拍频法和干涉比较法，测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h，测量标准差为0.049 pm，平均中心波长稳定性在0.19×10^-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。

半导体激光器是光纤传感系统中的重要组成部分之一, 它的输出功率和波长的稳定性决定着整个光纤传感系统的测量精 度, 为了满足传感系统的测量需求, 需对其波长进行调谐, 并且在调到所需波长后还需其具有较高的稳定性。通过温度控制 和驱动电流控制对半导体激光器波长调谐进行了研究。以往的调谐多为盲目调节, 由于驱动电流的变化会导致温度变化, 二 者之间会相互影响, 调谐过程复杂、时间长、不易调到最佳状态。提出了一个描述以波长 λ 与功率P作为输出量, 以驱动电 流I与温度T作为输入量的2×2关系矩阵, 并测定了矩阵中4个元素的值。利用这个关系矩阵, 可按照不同波长与功率的需求, 直接计算出调谐驱动电流与温度的最佳值, 使得调谐过程变得更加高效准确。设计了高稳定性TECAL-XV-XV-DAH温度控制器, 以及激光器驱动电路和温度控制电路, 实现了调谐范围3.2 nm、精度0.01 nm、漂移小于0.002 nm, 功率波动小于3 μW的激 光器调谐。

对974 nm双光纤光栅激光器的温度特性进行理论分析与实验研究,理论模拟了双光纤光栅的栅距对反射率的影响。先在室温(25 ℃)下测试器件的光谱,与未加双光纤光栅器件的光谱相比,双光纤光栅激光器的光谱中的次峰得到明显抑制,测试得到峰值波长(974.07 nm)锁定在光栅的中心波长974 nm附近。对器件的功率电流电压特性进行测试,当工作电流达到400 mA时,尾纤输出功率大于253 mW。再分别测试器件在全温范围下的波长变化率和功率变化率,得到波长变化率小于8.2×10 -3 nm/℃。最后测试器件的微分结构函数曲线并分析热阻分布,通过优化热沉的烧结工艺使器件功率变化率小于1.06%。

为了配合半导体波光器在偏振型光传感器中的应用, 采用高精度的恒温控制以及功率稳恒控制方法, 使用高稳定性的三极管2SC5551、高精度采集IDAQ6009、高稳定低振荡的MAX8521控制器、半导体制冷器等, 研制了一种偏振、波长与输出功率三个指标均稳定的半导体激光器。进行了理论分析和实验验证, 能够保证半导体激光器的输出波长控制精度在±0.01 nm, 驱动电流波动范围小于±0.05 mA, 输出偏振态稳定, 椭圆率为0.00(线性), 方向角波动范围小于0.1°。结果表明, 该激光器波长、功率、偏振态稳定, 保证了偏振型光传感器系统的稳定性和测量精度, 并且能够满足这类光传感器向智能化小型化的发展。

本文研究并实验了光纤单波长激光器、光纤双波长激光器、以及光纤三波长激光器, 分别发出单波长、双波长、以及三波长激光, 分别用于对位移、台阶高度、绝对距离等参量的高精度干涉测量。利用光纤光栅只反射布拉格波长的特性, 将光纤光栅作为光纤激光谐振腔的反射镜和波长选择元件, 可以使光纤激光器具有单个或者多个独立的但光程重叠的激光谐振腔, 每个激光谐振腔有掺铒光纤作为增益介质。980 nm激光的泵浦下, 光纤多波长激光器分别发出单波长、双波长、以及三波长激光, 每个波长值可以根据需要确定, 两个波长之间的间隔也可以根据需要确定。光纤多波长激光器发出的多波长之间无模式竞争, 每个波长的功率和频率都稳定。每个波长的稳定度达10-7, 能够满足对位移、台阶高度、绝对距离进行高精度干涉测量的要求。

980 nm 波段的大功率半导体激光器作为抽运源有很重要的应用，但目前该类器件存在光束质量差和谱宽较宽的问题，影响其抽运效率和稳定性。为提高大功率半导体激光器的抽运效率，就要减小其光谱宽度，提升光束质量。而大功率基横模分布反馈激光器(DFB)通过在器件内部引入分布反馈光栅可以实现窄线宽激光的波长稳定输出，并通过优化脊型波导条件来实现基横模模式输出，提升光束质量。测试该器件的光电特性，1000 μm 腔长器件的阈值电流约为6 mA，斜率效率为0.71 W/A，最大稳定输出功率为130 mW。该激光器的波长随温度漂移系数为0.064 nm/K；对其远场发散角进行测量，得到快轴发散角为34°，慢轴发散角为6.3°。

采用掺铒光子晶体光纤代替传统掺铒光纤来提高超荧光光纤光源输出的功率稳定性和平均波长稳定性。在-45℃~70℃的全温区范围内，对超荧光光纤光源的光纤长度和半导体激光器(LD)抽运功率进行优化，并提出了用插值法进行LD抽运功率的优化方法，在光纤长度优化的基础上，高效、精确地优化了抽运功率，改善了光源的平均波长稳定性。经过优化的光源，在-45℃~70℃的全温区范围内平均波长变化量为0.67×10-6 /℃，输出功率稳定性为0.37%。

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出，同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求，采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段，对光纤材料和器件进行大温区全局优化，以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果，以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量，通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计，得到输出功率为32mW，功率稳定性为0.65%，光谱带宽为12.5nm，光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明，平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中，32mW输出功率非常高; 所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标，满足光纤陀螺对光纤光源的要求。