掺铒光波导放大器的速率方程分析
单频窄线宽光纤激光器研究
高质量种子源光纤激光器技术发展与研究现状连续光种子源光纤激光器的性能决定了高功率全光纤MOPA激光系统的激 光输出光谱、线宽和频率稳定性等特性。作为高质量的种子光源必须首先具有 窄线宽、高稳定性和高信噪比，然后再追求可以满足不同应用需要的其他功能 特性，如波长可调谐、单/双波长可切换以及双波长间隔可调谐等。在过去的二 十多年时间里，研究者们一直在寻求可以实现单频窄线宽激光输出的方法，也 陆续提出了基于不同技术的单频窄线宽光纤激光器，尤其是在1.5μm波段的掺 铒光纤激光器，因为其所在波段为光纤通信低损耗窗口，考虑到长距离通信和 传感的需求，对于激光输出相干特性要求很高，需要激光具有较窄的线宽，使 得掺铒光纤激光器在窄线宽方面发展比较迅速，线宽也达到了kHz量级的水平。在近几年，研究者们开始对具有不同性能的单频窄线宽光纤激光器进行研究， 也开始不断追求输出激光的高稳定性和高信噪比等特性。 1.1单频窄线宽光纤激光器研究与发展 早在1986年，Jauncey等人就已经提出了窄线宽的概念，他们使用掺钕光 纤结合光纤Bragg光栅在1084nm处得到了激光输出，经过使用Fourier转换Michelson干涉仪测量，得到激光输出线宽为16GHz；然而，由于只是使用了线腔结构，腔长较长，激光器没有实现单频运转。 直到1990年，Iwatsuki才首次真正地得到了单频窄线宽的激光输出，使用 的是环形腔结构，配合一个1 nm谱宽带通滤波器，使用15m长掺饵光纤作为 增益介质，成功得到了单频激光输出，并且首次使用延迟自外差干涉仪(Delayed Self-Heterodyne Interferometer, DSHI)对激光线宽进行了测量，线宽达 到1.4 kHz，是截至当时线宽最窄的激光器，而且该激光器还提供2.8nm的波长 可调谐范围。 1991年，Gowle等人提出了一种新型的环行腔光纤激光器，通过使用分布Bragg反射镜作为波长初选滤波器，在1552nm波长处得到了稳定的单频激光输出，使用延迟自外差法测量得到激光线宽小于10 Hz，测量分辨率受限于使用 的25km延迟线长度。 同年，Park等人也提出了基于环形腔结构的单频激光器，在谐振腔内使用 了两个Fabry-Perot (F-P)滤波器，该激光器输出具有当时最高的稳定性，阈值仅 为1OmW，而且具有宽达30nm的可调谐范围;然而，激光器的输出信噪比较低，仅为35dB，而且研究者们并没有对激光器的线宽特性进行测量。 1992年，Laporta等人利用铒/镱共掺磷酸盐玻璃光纤制作了腔长仅为 2.5mm长的超短腔光纤激光器，在1532.2nm波长处得到了15mW的激光输出，测得的线宽小于lOkHz。 同年，Zyskind等人也报道了短腔光纤激光器，通过在掺铒光纤上直接写入 一对Bragg光栅制作了腔长仅为2cm的谐振腔，利用F-P干涉仪测量激光器处
大功率1550nm铒镱共掺光纤放大器
大功率1550n m 铒镱共掺光纤放大器 说明书
前言 本手册适用于高功率光纤放大器(HPEDFA)；主要阐述了该产品的性能特点、技术参数、安装调试和常见故障处理等相关内容。为了确保设备能被顺利安装和安全运行，敬请用户在安装调试本设备前，务必仔细阅读本手册，并严格按照手册上规定的操作步骤进行安装调试，以免对设备造成不必要的损坏，或对操作人员造成意外伤害；如有疑问，请及时与本公司联系。 特别提示： ■铒镱共掺光纤放大器是高档专业设备，其安装调试必须由专业技术人员进行操作，并在操作前仔细阅读本手册，以免因误操作而损坏设备，或对操作人员造成意外伤害。 ■在光纤放大器工作时，位于前面板的光信号输出适配器内会有不可见的激光束射出，应避免光信号输出口对准人体，更不能用肉眼直视光输出口，以免对人体、人眼造成永久性伤害！！！ ■设备在加电工作前，应先确认机壳和电源插座的接地端已可靠接地（接地电阻应＜4Ω），以免静电损坏激光器件，并防止机壳带电而对人体造成伤害。■为了确保设备能长期稳定工作，在电网电压不稳定或电压波形较差的地区，建议用户为设备配置专用的交流稳压电源，有条件的用户更可配置不间断稳压电源（UPS）系统；在环境温度变化太大或机房环境较差（设备的理想工作环境温度为25℃）的地区，建议用户为设备配置专用的空调系统，以改善设备的工作环境。
目录 一、应用................................................................. - 4 - 二、性能特点............................................................. - 4 - 三、原理框图............................................................. - 4 - 四、技术参数............................................................. - 5 - 4.1 技术参数......................................................... - 5 - 4.2型号与功率对照表................................................. - 6 - 五、外部功能说明......................................................... - 6 - 5.1前面板说明....................................................... - 7 - 5.2后面板说明....................................................... - 8 - 5.2.1 DC电源模块介绍............................................ - 8 - 六、菜单系统............................................................. - 8 - 6.1显示参数说明..................................................... - 8 - 6.1.1 主菜单..................................................... - 8 - 6.1.2 显示菜单.................................................. - 10 - 6.1.3 设置菜单.................................................. - 11 - 6.1.4 警告菜单.................................................. - 12 - 七、通讯设置说明........................................................ - 13 - 7.1通讯接口说明.................................................... - 13 - 八、安装调试............................................................ - 13 - 8.1开箱检查........................................................ - 13 - 8.2仪器和工具...................................................... - 14 - 8.3安装步骤........................................................ - 14 - 九、售后服务说明........................................................ - 14 - 十、光纤活动连接头的清洁维护方法........................................ - 15 - 十一、免责申明.......................................................... - 15 -
掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析
第3期1999年5月 光学技术OPTICAL TECHN IQU E No.3 May 1999 文章编号:100221582(1999)0320044202 掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析Ξ 陈淑芬,卢文杰,胡维晟 (北京理工大学光电工程系,北京 100081) 摘要:对掺铒铌酸锂(Er 3+ :LiNbO 3)波导放大器在1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作 了计算机模拟理论分析,采用二能级速率方程,忽略ESA 的影响,应用数值法得出方程解,优化设计放大器参数。 关键词:掺铒铌酸锂(Er 3+:LiNbO 3);波导放大器 中图分类号:TN252 文献标识码:A Theoretical analysis of gain of Er 3+doped Li NbO 3w aveguide amplif ier CHE N Shu 2fen ,LU Wen 2jie ,H U Wei 2sheng (Department of Opto 2electronics Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :The characterizes of gain of Er 3+:LiNbO 3waveguide amplifier are studied.LiNbO 3passive waveguide devices are small signal pump light establish on a modeling of quasi 2two level system built specially for pump wavelength at 980nm and neglecting ESA and ASE.The numerical simulation is done for single and double pass configuration respectively. K ey w ords :Er 3+:LiNbO 3;waveguide amplifer 一、引言 自从80年代[1,2]欧洲和北美洲开始研究掺稀土元素(Er 3+或Nd 3+)的铌酸锂LiNbO 3主动波导器件以来,它的应用前景受到广泛注意。与掺杂稀土元素的光纤元器件相比,它有其独到之处。众所周知,LiNbO 3晶体具有良好的电光、声光及非线性特性,可以制作高品质的声光调制器、电光调制器、偏振器、滤波器、光开关等无源器件;用掺杂(Er 3+或Nd 3+)铌酸锂LiNbO 3制作放大器和激光器波导器件,除了具有很好的温度稳定性、窄线宽之外,还可与铌酸锂被动器件实现光集成,将各种有源和无源波导器件集成在一块芯片上。尽管半导体波导器件发展至今已有35年的历史,已商业化,但在发展高速(大于10Gb/s )器件时半导体波导器件的开关速率受到材料本身特性的限制难以做到更高。而 LiNbO 3器件目前已达到100GHz 调制速率[3],正向更 高的带宽速率研究开发,但这两种材料的器件无法集成在一起。因而掺杂(Er 3+或Nd 3+)铌酸锂LiNbO 3放大器和激光器的出现,将有利于集成光学的发展。本文将对掺铒铌酸锂Er 3+:LiNbO 3波导放大器1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作计算机 模拟理论分析,采用二能级速率方程,忽略ESA (激发态吸收)的影响,应用数值法得出方程解,用于优化设计放大器参数。 二、理论基础 我们在铌酸锂晶体上的掺铒浓度分别为012at 1%、014at 1%、0 15at 1%和1at 1%,它们的吸收谱和发射谱已经测出,其测量结果表明它有几个强吸收带和辐射带(如图1所示)。 图1 Er 3+:LiNbO 3能级图 图1描绘出中心频率在λ=300nm 、520nm 、650nm 、800nm 、980nm 和1480nm 附近的强GSA (基态吸收)峰和两个ESA 峰。如果在波长为λ=980nm 的泵浦光(4I 11/2～4I 15/2)激励下,将会出现很强烈的ESA ,它的 4 4Ξ收稿日期:1998204220 作者简介:陈淑芬(19552),女,河北人,北京理工大学教授,从事光电子研究。
几种常见的光放大器的比较
几种常见的光放大器的比较
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对几类放大器的认识 在DWＤM系统中,特别是超远距离的传输中,由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器(EＤFＡ）,拉曼放大器（ＦRA),半导体激光放大器(SOＡ),光纤参量放大器(ＯPA)。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1)掺铒光纤放大器(EDＦA） EDFA（Erbiur Ｄｏpeｄ Fｉber Amplifeｒ)是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA工作波长为１５5０nm,与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFＡ的核心原件，它以石英光纤作基质材料,并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Eｒ３+)。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时,Ｅr3+从低能级被激发到高能级,由于Eｒ3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550ｎm 光子的能量，所以只能发生１550ｎm光的受激辐射，也只能放大1５50nm的光信号。 EＤFA的组成: 工作原理图:
那么，ＥDFA的输出公路车是如何控制的呢？ 一般来说,EＤFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。 在EＤＦA使用的过程中,一般要控制好EＤFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益有什么区别呢？ 平坦的输出增益会使ＥDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。 如何控制增益?增益的控制室有2种选择的,一种是掺金属元素,另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。
多模包层泵浦大功率光纤放大器的工作原理及应用
多模包层泵浦大功率光纤放大器的工作原理及应用 摘要本文要讨论是多模包层泵浦大功率光纤放大器。简单介绍其的基本组成及工作原理。通过与普通光纤放大器的比较来讨论其应用上的优点和发展前景。关键词多模包层泵浦，双包层光纤，高功率 1引言 多模包层泵浦大功率光纤放大器是一种由多模包层泵浦技术这一最近发展起来的新兴技术产物。采用Yb3+和Er3+离子共掺杂双包层光纤，是一系列新技术、新工艺和新材料相结合的产物，是实现光纤放大器超大功率输出的技术核心。 2 多模包层泵浦光纤放大器的结构 多模包层泵浦光纤放大器的光路结构如图1所示： 3 多模包层泵浦光纤放大器的工作原理 多模包层泵浦，是将多模泵浦激光耦合到双包层光纤的内包层中，当多模泵浦光在内包层中传播时会反复穿过光纤纤芯（如图2所示），泵浦光在穿过掺有稀土元素的光纤纤芯时被吸收从而实现泵浦。 与单模纤芯泵浦不同，用于光纤放大器的双包层光纤，泵浦光主要在内包层中传播，因此，同样的纤芯参数，包层泵浦的泵浦吸收截面要小得多，所以，提高泵浦吸收效率是制造双包层光纤需要重点考虑的因素。合理的内包层结构形状能够显著提高泵浦吸收效率，目前，已经设计并制作出了多种内包层形状的双包层光纤，这些专门设计的内包层结构和形状，使泵浦光在单位长度
内有效穿过光纤纤芯的几率大大增加。图3是设计制作的部分双包层光纤内包层形状示意图。 另外，对于1550nm波段光纤放大器，采用铒、镱共掺的双掺杂技术，利用镱元素的高吸收和铒镱之间能量的高效传递，能够获得铒元素的高效泵浦。图4为铒镱共掺有源光纤的泵浦吸收和能量传递简单能级示意图。 铒、镱共掺由于存在能量传递的互逆性，因此，需要尽可能快的消耗铒离子的受激状态。减小纤芯直径，有效提高光密度，是通常的做法，这样做对低功率光纤放大器影响不大，但是，对于大功率和超大功率光纤放大器，会由于过高的光功率密度导致非线性效应，这是有害的。 对于光纤放大器的应用，双包层光纤主要用于大功率和超大功率情况，双包层光纤小芯径纤芯设计已经成为一种制约因素。采用高浓度铒单掺杂可能是解决小芯径问题的一种途径。我们知道，阻碍铒元素掺杂浓度进一步提高的主要原因，是铒元素在掺杂过程中，不可能达到理想的均匀分布，这样会造成铒掺杂的局部浓度过高，从而导致局部铒元素间距过小，相邻铒元素之间出现非辐射交叉弛豫过程，这种局部的过高浓度，还会导致玻璃基质中产生结晶现象。所以，人们正在发展新的技术，使铒元素的掺杂非常均匀，在不引起明显的非辐射交叉弛豫过程的情况下，大幅度提高铒元素的掺杂浓度，使采用相对较大
掺铒光纤放大器实验
实验十二掺铒光纤放大器实验 实验目的： 1. 理解掺铒光纤放大的原理； 2. 学习Optisystem 软件的使用； 3. 加深对光放大技术的认识。 实验仪器： 1. Optisystem 软件 实验原理： 1. EDFA的概念 EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。 信号光与波长较其为短的光波(泵浦光)同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。 泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm,波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。
2. 掺铒光纤放大器的基本结构 掺铒光纤：当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时， Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。 半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转。 波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺铒光纤中。 光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作。 EDFA 的三种泵浦方式进行比较: 同向泵浦(前向泵浦)型：好的噪声性能 反向泵浦(后向泵浦)型：输出信号功率高 双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高3dB ，且放大特性与信号传输方向无关 实验内容： 增益G 是描述光放大器对信号放大能力的参数。定义为： G 与光放大器的泵浦功率、掺杂光纤的参数和输入光信号有很复杂的关系。用Optisystem 软件完成如下测量。 1. 增益对输入光功率的依存关系 2. 增益G 与输入光波长的关系 3. 小信号增益随泵浦功率的关系 4. 小信号增益随EDF 长度的关系 实验报告要求： 根据实验内容，完成器件选择与数据测量，绘图并对实验现象进行分析。
几种常见的光放大器的比较
对几类放大器的认识 在DWDM系统中，特别是超远距离的传输中，由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减，所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）,拉曼放大器（FRA），半导体激光放大器（SOA），光纤参量放大器（OPA）。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1）掺铒光纤放大器（EDFA） EDFA（Erbiur Doped Fiber Amplifer）是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA 工作波长为1550nm，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子（Er3+）。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级，由于Er3+在高能级上寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较高能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量，所以只能发生1550nm光的受激辐射，也只能放大1550nm的光信号。 EDFA的组成： 工作原理图： 那么，EDFA的输出公路车是如何控制的呢？ 一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度，铒纤的长度以及泵浦光的强度。 在EDFA使用的过程中，一般要控制好EDFA的平坦增益，那么不平坦的增益和平坦增益
有什么区别呢？ 平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。 如何控制增益？增益的控制室有2种选择的，一种是掺金属元素，另外一种是GFF定制，所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。 有上图可以知道，掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。 需要注意的是：EDFA在放大信号的同时也放大了噪声，而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射，是主要的噪声源，也是系统OSNR劣化的主要原因。 放大器产生的自发辐射噪声功率为：PASE = -58 + NF + G （dBm） 其中NF为光放大器噪声系数（dB）、G为光放大器的增益（dB）
掺铒光纤放大器的设计
东北石油大学课程设计 2014年3月7日
东北石油大学课程设计任务书 课程光电子技术课程设计 题目掺铒光纤放大器的设计 专业电子科学与技术姓名苗培梓学号100901240106 主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容： 的掺铒光纤放通过学习光纤放大器的原理，设计一个能够对波长为1.55m 大器。 2、基本要求 要求在论文中写出掺铒光纤放大器的工作原理，结构与特性，以及优点与应用。 3、参考文献： [1] 刘增基，周洋溢著，光纤通信，西安电子科技大学出版社，2002.6. [2] 雷肇棣著，光纤通信基础，电子科技大学出版社，1999. [3] 马养武，包成芳，光电子学，浙江大学出版社，2003.3. 完成期限2014.3.3 ~2014.3.7 指导教师 专业负责人 年月日
第1章概述 掺铒光纤放大器，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器，是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件，在使用光纤的通信系统中，不需要将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。 1.1研究意义 众所周知，现今是信息时代，社会信息化进程正在逐渐的深入，整个社会受信息运行的影响也随之越来越大，随着因特网的普及和网上应用，使人们对一些新型信息服务的需求越来越迫切，例如家庭办公、远程教育、电子商务等，因此这就需要用到功能强大的通信网络，光纤通信作为一种理想的通信手段，具有了诸如较大的通信容量、较长的无中继通信距离、良好的保密性等许多的优点，这使得光纤通信取代其它通信手段是一种必然的趋势。 在光放大器中，掺铒光纤放大器，即EDFA，的技术比较成熟，自身性能较好，所以它的应用比较广泛。它具有高增益、低噪声、输出功率大、串话小，对温度偏振不敏感，藕合效率高，易与传输光纤藕合连接，损耗低，不易自激，对信号速率和格式透明，并具有几十纳米的放大带宽等优点。由于它几乎接近完美的特性及半导体泵浦源的使用，导致了它在波分复用系统中的广泛应用，随着光纤通信向速度更快、带宽更大方向的发展，随之对掺铒光纤放大器的性能也有着更高的要求。 1.2发展趋势及其前景 掺铒光纤放大器的研究始于60年代早期，E.Snitzer发现掺铒玻璃对1.50微米波长的激光有放大作用，提出了掺杂光纤放大器的设想，但由于当时未能解决热淬灭效应问题，而且随后出现了半导体光放大器，使得掺铒光纤放大器的研究停滞不前。直到80年代中期，南安普敦大学的研究人员通过改进的化学气相沉积法（MCVD）成功研制出了掺铒光纤，并在之后制作出了利用650nm波长50mW 的红染料激光器为泵浦的EDFA具有25dB的小信号增益；几乎同时贝尔实验室
增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用
增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用 增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用 摘要：波分复用是光纤CATV系统进一步升级的主要方向。本文对增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器（GF-EYDCFA）进行了理论和实验研究，相关数据表明，武汉光迅科技股份有限公司（简称光迅科技）开发的GF-EYDCFA能实现1543-1565nm范围内多波长光信号的增益均衡放大，其输出功率在1W以上，增益平坦度(<0.25dB)和噪声指数(<5.5dB)等关键指标均达到掺铒光纤放大器（EDFA）的水平。结合光迅科技相关产品的应用实例，本文还讨论了GF-EYDCFA在波分复用光纤CATV系统中的应用，分析表明，GF-EYDCFA能弥补EDFA功率水平偏低的不足，同时解决级联EDFA 造成的增益平坦度劣化问题。 关键字：EDFA，WDM，铒镱共掺，双包层光纤，CATV 1引言 光纤，因其近乎无限的带宽，成为信息爆炸时代无可替代的信息传输媒质，而波分复用（WDM）方式则是利用光纤带宽的最有效方法。目前主干网的光传输都利用了WDM 技术，而光纤CATV系统还是以单波长应用为主，因此光纤的带宽利用率很低。今后，随着CATV网络容量的增加以及业务管理灵活性的提高，应用WDM技术的光纤CATV 系统会越来越受到重视。 掺铒光纤放大器（EDFA），因其补偿了光纤线路中C（L）波段光信号的衰减，极大地延长了中继距离，是光纤通信蓬勃发展的关键因素。对于光纤CATV网，其光功率分配数目一般都比较大，因此对光放大器的输出功率要求都比较高。而由于EDFA的单模泵浦机理限制了泵浦功率（980nm/1480nm）水平，传统的EDFA很难实现高功率输出或者单位功率的成本非常昂贵，据了解，目前商用EDFA的最大饱和输出功率为500mW 左右，这显然很难满足光纤CATV系统的应用要求。为了获得高功率输出，铒镱共掺双
多组分宽带掺铒玻璃光谱性质及光纤放大特性研究解析
多组分宽带掺铒玻璃光谱性质及光纤放大特性研究 随着现代通信技术的飞速发展,人们对光纤通信容量和系统集成化的要求大大提高,这使得掺铒光纤放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier,EDFA)与波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术的联合运用成为实现多波长和超长距离传输必不可少的条件。其中,EDFA已是提高WDM系统信道数和光纤通信容量的关键部件。目前,主要工作在C波段(1530-1565nm)区域并得到广泛应用的传统石英基EDFA已不能满足系统的发展需求。因此,开发具有宽带放大能力和极高单位长度增益的非石英基EDFA,直接实现C+L波段 (1530~1610nm)区域宽带无缝放大,这对于WDM系统光纤通信容量的扩展以及系统集成化具有非常重要的实际意义。本论文结合当前光纤通信技术的发展需求,选择多组分宽带碲酸盐和铋酸盐重金属氧化物玻璃作为研究对象,基于自主实现从“宽带掺铒玻璃→宽带掺铒玻璃光纤→宽带掺铒玻璃光纤放大器”整个流程的研究考虑,围绕多组分宽带掺铒玻璃光谱性质的改性研究、多组分宽带掺铒玻璃光纤的研制和光谱性质测试、宽带掺铒玻璃光纤稳态和瞬态放大特性的理论研究三方面内容开展工作。论文的主要研究工作如下:1.开展了单掺稀土铒离子对于碲酸盐玻璃光谱特性的影响研究WDM系统的集成化趋势,需要尽可能地提高光纤放大器增益介质中的稀土铒离子(Er~(3+))掺杂浓度以便得到高的单位长度增益,但过高的铒离子掺杂也会带来一些负面效应,影响到光纤放大器的性能指标。因此,本文首先开展了稀土铒离子掺杂对于组分为TeO_2-ZnO- La_2O_3(Na_2O)碲酸盐玻璃光谱特性的影响研究,深入研究了1.53μm波段荧光谱、荧光强度和荧光寿命随铒离子掺杂浓度的变化关系。为此,论文运用Lorentz线型函数对测量到的荧光光谱进行了拟合分解,建立了一个等效四能级模型分析了各谱线成分相对强度随铒离子掺杂浓度的变化关系,剖析了1.53μm 波段荧光谱的展宽及其荧光主峰转移现象。同时,基于Forster-Dexter能量转移理论,结合荧光俘获效应的影响,系统分析了激发态~4I_(13/2)能级上铒离子无辐射能量衰减速率与其掺杂浓度的关系,从而指出了1.53μm波段荧光强度和荧光寿命在高掺杂浓度下发生猝灭的主要影响因素,并从无辐射能量转移机理出发分析对比了玻璃中稀土铒离子溶解性问题,计算得到了稀土铒离子的临界浓度和临界相互作用距离参数,确定了最佳掺杂含量。2.开展了多稀土离子共掺对于碲酸盐玻璃光谱特性的改性研究工作于1.53μm波段的掺铒光纤放大器通常采用1480或980nm波长进行泵浦。采用980nm波长泵浦,光纤放大器具有低的噪声系数,同时也存在着Er~(3+)离子吸收较弱、上转换发光现象严重而引起的泵浦效率较低缺陷。本文从提高980nm泵浦效率和Er~(3+)离子1.53μm波段荧光特性出发,开展了Er~(3+)、Yb~(3+)(镱)、Ce~(3+)(铈)多稀土离子共掺对于组分为TeO_2-ZnO-La_2O_3-Nb_2O_5碲酸盐玻璃光谱特性的影响研究。论文通过具体分析Yb~(3+)/Er~(3+)离子间能量传递过程,研究了Yb~(3+)离子掺杂对于Er~(3+)离子1.53μm波段荧光和上转换发光的增强作用,并给予了理论模拟。通过分析Er~(3+)/Ce~(3+)离子间的能量传递过程,研究了Ce~(3+)离子掺杂对于1.53μm波段荧光增强和上转换发光的抑制作用。从而指出相对于 Er~(3+)/Yb~(3+)双掺形式,Er~(3+)/Yb~(3+)/Ce~(3+)三掺是提高980nm泵浦效率和1.53μm波段荧光强度一种更加有效的组合掺杂方式。在此基础上,论文对基于声子辅助的Er~(3+)/Ce~(3+)离子间能量传递过程,首次提出了通过提高玻璃基质声子能量,减少能量传递过程中的能量失配程度,来进一步提高
各种放大器及它们的特点
各种放大器及它们的特点 1.通用型集成运算放大器 通用型集成运算放大器是指它的技术参数比较适中，可满足大多数情况下的使用要求。通用型集成运算放大器又分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型属低增益运算放大器，Ⅱ型属中增益运算放大器，Ⅲ型为高增益运算放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的产品，其输入失调电压在2mV左右，开环增益一般大于80dB。 2.高精度集成运算放大器 高精度集成运算放大器是指那些失调电压小，温度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的运算放大器。这类运算放大器的噪声也比较小。其中单片高精度集成运算放大器的失调电压可小到几微伏，温度漂移小到几十微伏每摄氏度。 3.高速型集成运算放大器 高速型集成运算放大器的输出电压转换速率很大，有的可达2~3kV/μS。 4.高输入阻抗集成运算放大器 高输入阻抗集成运算放大器的输入阻抗十分大，输入电流非常小。这类运算放大器的输入级往往采用MOS管。 5.低功耗集成运算放大器 低功耗集成运算放大器工作时的电流非常小，电源电压也很低，整个运算放大器的功耗仅为几十微瓦。这类集成运算放大器多用于便携式电子产品中。 6.宽频带集成运算放大器 宽频带集成运算放大器的频带很宽，其单位增益带宽可达千兆赫以上，往往用于宽频带放大电路中。 7.高压型集成运算放大器 一般集成运算放大器的供电电压在15V以下，而高压型集成运算放大器的供电电压可达数十伏。 8.功率型集成运算放大器 功率型集成运算放大器的输出级，可向负载提供比较大的功率输出。 9.光纤放大器 光纤放大器不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了1550nm频段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤拉曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域，作为功率放大器、中继放大器和前置放大器。 光纤放大器一般都由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成。目前光纤放大器主要有掺铒光纤放大器、半导体光放大器和光纤拉曼放大器三种，根据其在光纤网络中的应用，光纤放大器主要有三种不同的用途：在发射机侧用作功率放大器以提高发射机的功率；在接收机之前作光预放大器以极大地提高光接收机的灵敏度；在光纤传输线路中作中继放大器以补偿光纤传输损耗，延长传输距离。
MOPA技术放大
MOPA放大技术 引言 1917年，Einstein在《关于辐射的量子理论》一文中首次提出了受激辐射的概念，他认为:在物质与辐射场相互作用中，构成物质的分子或原子可以在光子激励下产生新光子，这就为激光(受激辐射光放大)概念的提出打下了最初的理论基础。但是，激光器的研究真正开始于1958年科学家Schawlow和Townes 提出的利用尺度远大于波长的开放式光学谐振腔实现激光器的思想和Bloembergen提出的利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转的思想。之后，全球的研究小组开始了一场研制世界上第一台激光器的激烈竞赛。很快，在1960年，世界上第一台激光器诞生于美国California州休斯实验室，Maiman等科学家成功进行了红宝石全固态激光器的实验演示，从此开启了激光器研究的大门。 光纤激光器的研究起源于1961年，当时Snitzer在纤芯为300μm的掺钕玻璃波导中发现了激光辐射现象。随后，Snitzer等人又发表了有关共掺杂光纤中光放大的论文，分别提出了光纤激光器和光纤放大器的构想。 1966年，高馄和Hockham首次讨论了研制低损耗光纤的可能性，为现代光纤通信奠定了基础，也为通信波段光纤激光光源的研究提出了迫切的要求。 大约到了1975年左右，随着低损耗光纤的研制成功和作为光纤激光器泵浦源的半导体激光器的不断实用化，光纤激光器和光纤通信的研究开始进入了快速发展时期。 1985年，英国Southampton大学的Poole等人利用化学气相沉积法制作出了第一根低损耗的单模掺铒光纤(Erbium-doped Fiber, EDF)并制作了掺铒光纤激光器，标志着稀土离子掺杂技术走向成熟，也为各种掺杂增益光纤的制作奠定了基础。 1987年，英国Southampton大学的Mears等人和美国Bell实验室的Desurvire等人先后对掺铒光纤放大器进行了研究并验证了其可行性，实现了光纤通信线路中的光放大，极大推动了光纤通信向更长中继传输距离发展。 随后的二十多年里，光纤激光技术得到了迅速的发展，已不仅仅只是用于光纤通信。随着不同掺杂稀土离子光纤激光器被提出，如:掺铒、钕、镱、铥、铒/镱共掺、铥/钬共掺等等，其应用范围已经拓展到传感、医疗、工业加工以及军事国防等领域，尤其是高功率光纤激光器的提出，可谓是光纤激光器史上的一次技术革命。 1988年，美国Massachusetts州Polaroid公司首次提出了双包层光纤设计思想，泵浦光进入包层中传输，但是圆形内包层吸收效率很低。 1994年，Pask等人首次实现了包层泵浦，并制作了包层泵浦掺镜光纤激光器，获得500mW功率输出，中心波长为1040nm，使得在光纤中实现高功率激射成为可能。
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较摘要：光放大器技术是新一代光纤通信系统中一项必不可少的关键技术，目前几种主要的光放大器技术在工程应用中各有所长。此文介绍了光放大器技术的基本原理，并对现有主要几种光放大器技术在性能、应用和发展方向上进行了比较。 关键词：掺铒光纤放大器；光纤拉曼放大器 0、综述 20世纪90年代以来，Internet的普及发展和各种信息(如语音、图像、数据等)业务的快速增长，人们对现代通信系统提出了更高的要求。在市场需求的大力推动下，通信技术取得了长足的进步，其中光纤通信技术脱颖而出，以其高速优质的特点，一跃成为当今长距离、大容量传输干线的主流技术。但由于光纤损耗和非线性的影响，无中继传输距离成为制约系统容量和速率的瓶颈，而中继放大技术成了光通信领域的关键技术之一。传输系统中的光纤损耗使信号随传输距离呈指数衰减，极大地限制了通信传输跨距和网络的可扩展性，因此必须在通信线路上设置中继器对信号进行再生放大。在光放大器没有出现之前，光纤传输系统普遍采用光－电－光(OEO)的混合中继器，但这种中继方式存在“电子瓶颈”现象，在很大程度上限制了传输速率的提高，而且价格昂贵、结构复杂。20世纪80年代出现的光放大器技术具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低功耗以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤通信系统中不可缺少的关键技术。此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限制，又开创了1550nm波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑（1）。又由于此技术与调制形式和比特率无关，因而在光纤通信系统中得到了广泛应用。 1、光放大器分类及原理 光放大器(OA)一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成，其作用就是对复用后的光信号进行光放大，以延长无中继系统或无再生系统的光缆传输距离。一个好的光放大器应具有输出功率高、放大带宽宽、噪声系数低、增益谱平坦等特性。光放大器主要分为光纤型放大器（FA）和半导体放大器（SOA）两大类，其中光纤型放大器（FA）还可再分为掺稀土光纤放大器和常规光纤放大器，具体分类详见图1（2）.本文中，仅对掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤拉曼放大器(FRA)作以介绍和分析。
第四次实验报告-测量掺铒光纤放大器放大特性
现代通信光电子学实验报告 实验名称：测量掺铒光纤放大器放大特性 学生姓名： 学号： 同组学生姓名：何子力 实验日期：2017.5.14 报告提交日期：2017.5.28
目录 一、实验目的和要求 (1) 二、实验内容和原理 (2) 2.1 掺铒光纤放大器的工作原理 (2) 2.2 增益特性分析 (5) 三、主要仪器设备 (6) 四、操作方法与实验步骤 (6) 五、实验结果记录 (9) 六、实验结果分析 (12) 七、结论与思考 (15) 八、参考资料 (16) 九、附件 (16)
一、实验目的和要求 1、了解掺铒光纤放大器的工作原理 2、理解惨耳光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能； 3、测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数并通过测量的参数计算增益， 输出饱和功率，噪声系数 4、了解影响掺铒光纤放大器放大率的因素 5、了解怎样使用实验仪器 6、确定掺铒光纤放大器工作的临界状态，绘制放大特性曲线 二、实验内容和原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用、密集波分复用、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。
LaF_3_Er_Yb纳米颗粒掺杂有机_无机杂化材料制备光波导放大器及特性研究
LaF 3∶Er ,Yb 纳米颗粒掺杂有机Π无机杂化材料制备 光波导放大器及特性研究 3 张 丹1) 王兆明2) 王艳双1) 薄淑辉3) 甄 珍3) 张大明 1) 1)(集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林大学电子科学与工程学院,长春 130012) 2)(吉林大学应用技术学院,长春 130012)3)(中国科学院理化技术研究所,北京 100080)(2007年7月10日收到;2007年11月21日收到修改稿) 采用LaF 3∶Er ,Y b 纳米颗粒掺杂有机Π无机杂化材料作为有源材料,制备了掩埋条形结构光波导放大器,研究了放大器在室温下的增益特性和波导中的频率上转换现象.当抽运功率60mW 时,波导中明显可见绿色上转换发光,观测到Er 3+从2H 9/2,2H 11/2,4S 3/2,4F 9/2到基态4I 15/2跃迁分别对应的4个波长分别为405nm ,520nm ,544nm 和 650nm 的发射峰,分析了其产生机理.当输入信号光016mW ,抽运功率160mW 时,在1535nm 波长处获得115dB Πcm 的相对增益. 关键词:光波导放大器,增益,上转换 PACC :4230Q ,4280S ,4270J 3国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2006C B302803),国家自然科学基金(批准号:60507004)、新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET 20520307)和吉林省杰出青年基金(批准号:20050110)资助的课题. 通讯联系人.E 2mail :Email :zhangdm @https://www.wendangku.net/doc/344696541.html, 11引言 自掺铒光纤放大器(E DFA )在长距离光通信领域获得巨大成功以来,掺铒平面光波导放大器(E DW A )近年来备受关注[1].它是密集波分复用(DW DM )传输系统的重要组成部分,可以和调制器、光开关、阵列波导光栅、隔离器等任何有损耗的器件 集成在一起,补偿光传输过程中的各类损耗[2,3] .E DW A 这一关键技术的解决将会使芯片间的光互连和光集成取得突破性进展,大大推动光通信的发展,具有里程碑的意义.目前掺铒无机基波导放大器的 研究较为成熟,增益可达7dB Πcm [4] ,无机基掺杂Er 3+ 具有高发光寿命、高量子效率等优点,然而制作工艺较为复杂、可控性差,与硅基材料不是很相容,在光集成应用方面前景不是很好;掺铒聚合物基材料以其低制作成本、工艺简单成为近年来研究的热 点,然而它与Er 3+ 盐类相容性较差,且基体中含有 的大量高能振动基团C 2H 和O 2H 能够降低Er 3+ 在激发态的寿命;掺铒有机2无机复合基材料综合了无 机基材料和有机基材料的优点,具有良好的发展前 景 [5] .目前用聚合物和有机2无机复合材料作为基 质制作E DW A 报道极少 [6,7] ,国内外的一些研究大 都处于材料制备阶段. 本文采用LaF 3∶Er ,Y b 纳米颗粒掺杂有机Π无机杂化材料作为有源材料,成功制备了掩埋条形结构的光波导放大器,并研究了在波导中观测到的上转换现象. 21实 验 将外围包覆有机价键的LaF 3∶Er ,Y b 纳米颗粒溶于一定量的甲苯溶剂中,再与有机Π无机杂化材料(主要成分:metacrylopropyltrimethoxysilane )混合,并添加光引发剂在室温下搅拌12h ,使它们充分溶解,纳米颗粒在有机Π无机杂化材料中的掺杂浓度可达到50wt %. 在经过超声清洗的抛光硅片上旋涂一层5μm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA )作为下包层,热固 第58卷第3期2009年3月100023290Π2009Π58(03)Π1675204 物 理 学 报 ACT A PHY SIC A SI NIC A V ol.58,N o.3,March ,2009 ν2009Chin.Phys.S oc.