基于长周期光纤光栅滤波器的掺铒光纤放大器理论和实验研究

从理论和实验上研究了带有高频二氧化碳激光写入的低成本长周期光纤光栅（LPFG）掺铒光纤放大器（EDFA）.结果表明,单波长和多波长EDFA的性能都可以通过在掺铒光纤（EDF）中插入长周期光纤光栅用作自发辐射噪声（ASE）滤波器或增益平坦器来提高性能.优化设计了带LPFG噪声滤波器的线放EDFA,与没有LPFG噪声滤波器相比,线放的噪声和小信号增益分别被减小和提高了约0.5 dB和7 dB。通过在多波长EDFA的EDF中插入一个LPFG增益平坦滤波器的方法,获得了1.5 dB的增益平坦度,与没有LPFG平坦器相比,EDFA的噪声被减小了0.1 dB,增益被提高了1 dB.     

色散缓变掺铒光纤放大器的调制不稳定性

由于掺铒光纤放大器(EDFA)存在增益,相比于传输光纤它有较小的调制不稳定性阈值,使其很容易受到调制不稳定性的影响.本文将用微扰法分析基本的非线性薛定谔方程,研究色散缓变掺铒光纤放大器的调制不稳定性,分析其调制不稳定性积分增益谱与输入信号功率、放大器增益、放大器的长度、光纤纵向色散变化参量的关系.结果显示增大光纤纵向色散变化参量值是减小调制不稳定性对放大器影响的有效途径.通过分析调制不稳定增益产生长度,表明合理的选择放大器的长度可以消除调制不稳定性增益的产生.     

基于新型长周期光纤光栅的掺铒光纤放大器

报道了基于高频CO₂激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅的低噪音掺铒光纤放大器,这种新型长周期光纤光栅是用大约几千Hz的高频CO₂激光脉冲对光纤玻璃热冲击作用而形成的.在铒纤中插入一个长周期光纤光栅,会明显减少掺铒光纤放大器的放大自发辐射(ASE)噪音.报道了两种低噪音掺铒光纤放大器,作为前置放大器和线路放大器,它们的ASE噪音指数分别从4.0 dB减少到3.5 dB和从4.8 dB减少到4.3 dB,并且在作为线放时,其小信号增益从30 dB提高到37 dB,降噪及提高增益效应十分显著.     

一种增益可调掺铒光纤放大器的研究

在所设计的增益可调掺铒光纤放大器中,采用可编程控制器PC机控制可变直流电压源引发压电陶瓷的电致伸缩效应,导致光纤布拉格光栅的Bragg波长发生漂移,实现被调制参数的变化.分析了双光纤光栅受到压电陶瓷电致伸缩效应时的反射谱变化规律和增益可调掺铒光纤放大器的放大特性.由该放大器的增益与输入信号功率的关系得出小的波长间隔,增益较小,但控制范围较大;大的波长间隔,增益较大,但控制范围较小的结论.在输入宽带光源时,得到两光纤布拉格光栅在不同中心波长之差时的掺铒光纤放大器的增益特性.     

一种基于新型长周期光纤光栅的动态增益均衡器

报道了一种用高频CO²激光脉冲写出的长周期光纤光栅的温度特性和弯曲特性.实验表明,这种长周期光纤光栅的波长漂移随温度的变化呈线性关系,它的透射峰幅值变化随弯曲量的变化也呈线性关系.基于这两种线性关系,通过控制新型长周期光纤光栅的谐振峰位置和幅度,动态平坦了一组掺铒光纤放大器增益谱线.实验结果表明在C波段32nm范围内掺铒光纤放大器增益谱线平坦度可动态调整为±0.7dB.     

高增益掺铒光纤的设计和制备研究

掺铒光纤放大器在光通信中有着广泛的应用。根据掺铒光纤的性能要求设计了合理的折射率剖面图,制备了高增益的掺铒光纤,在1530nm的吸收达到22dBm,在980nm泵浦光的吸收达到12dBm。其平坦增益带宽范围为1490—1560nm。     

掺铒孔辅助导光光纤的特性研究与优化设计

掺铒孔辅助导光光纤是由掺铒的高折射率纤芯、低折射率包层和少量的空气孔组成. 采用有限元法分析了掺铒孔辅助导光光纤的模式特性；给出了数值计算截止波长和模场直径的方法；提出了改进的平均粒子数反转度迭代算法来数值计算掺铒光纤放大器的增益和噪声系数. 研究空气孔对掺铒孔辅助导光光纤的截止波长、模场直径和放大器的增益系数的影响. 发现：减小相对孔芯距的值，可使截止波长向短波长移动，减小模场直径的值；当孔的相对大小较大时，截止波长、模场直径和增益的最大值基本上不随孔的相对大小的增大而改变. 最后，综合考虑掺铒光纤基模和二阶模的截止波长、与普通单模光纤的熔接损耗、放大器的增益和噪声系数等因素，优化设计了掺铒孔辅助导光光纤的四个结构参量——纤芯半径、纤芯与包层的折射率差、相对孔芯距和孔的相对大小. 关键词： 孔辅助导光光纤 掺铒光纤 光纤放大器 有限元法     

光纤光栅增益平坦化器件的研究

采用幅度掩模和程控扫描曝光技术在经过氢载敏化处理的普通单模光纤上研制出了可用于实现掺铒光纤放大器增益谱平坦化的长周期光纤光栅器件。该器件使掺铒光纤放大器在３０ ｎｍ带宽上的增益谱波动从±３ ｄＢ减小为±０．３ ｄＢ, 器件的附加损耗小于０．３ ｄＢ。     

宽带放大器用碲基掺铒光纤结构参量的设计考虑

利用光波导理论及均匀展宽四能级模型，研究了宽带放大器用阶跃型折射率分布碲基掺铒光纤的结构参量—纤芯半径和相对折射率差的设计考虑.理论研究表明，在单模传输条件下，为获取最大信号增益，宜选择相对折射率差大的碲基掺铒光纤来构建光纤放大器.相对折射率差一定的情况下，在高泵浦功率、小信号输入或光纤长度短于各信道最佳增益长度时，选择纤芯半径大的碲基掺铒光纤可以得到大的信号增益；反之，宜选择纤芯半径小的碲基掺铒光纤.     

长波段掺铒光纤放大器用掺铒光纤的设计考虑

本文分析了长波段掺铒光纤放大器(EDFA)的增益系数与Er³⁺离子浓度的关系.研制了铝共掺杂的高浓度掺铒光纤,以缩短长波段掺铒光纤的长度.用两级泵浦实现了L-波段EDFA.光纤放大器的掺铒光纤总长18m,在1570nm波长处的小信号增益为42.26dB,输出功率为17.5dBm.我们认为,较低的浓度淬灭效应归因于光纤中较高的A1掺杂浓度.当总的输入信号功率为-3dBm时,在1570至1600nm间的7路WDM信号的增益不平坦度仅为0.68dB..     

利用均匀相位掩模板制作线性啁啾光纤光栅

理论上分析并从实验上验证了一种利用均匀相位掩模板写入啁啾光纤光栅的方法:将光纤弯曲,由于光纤离掩模板的距离不同从而使光纤光栅的周期轴向渐变,由此产生啁啾。分析了这种啁啾光纤光栅的谱特性和时延特性,同时也分析了由于光纤离掩模板的距离不同而引起的折射率调制变化给光纤光栅特性带来的影响。设计了一种石英曲面,利用其使光纤按照弯曲函数进行弯曲,然后进行紫外曝光制成了线性的啁啾光纤光栅。实验中制作的啁啾光纤光栅色散值为-1102 ps/nm,纹波为17ps。通过改变弯曲函数就可以实现利用一块均匀相位掩模板制作不同啁啾量的啁啾光纤光栅的目的,降低了啁啾光纤光栅的制作成本。     

拉锥型啁啾光纤光栅滤波器的研究

本文主要对拉锥型啁啾光纤光栅滤波器进行详细的理论分析和实验研究. 结合传输矩阵法, 谐振理论和耦合模理论, 深入细致地分析了啁啾光纤光栅自身参数 (光栅长度, 折射率调制幅度, 啁啾系数), 拉锥参数和锥区损耗对拉锥型啁啾光纤光栅滤波器透射谱的影响, 并研究拉锥对啁啾光纤光栅各波长反射率影响. 在此基础之上进行相应的数值仿真及实验验证, 数值仿真与实验结果基本一致. 关键词： 光栅拉锥 啁啾光栅 传输矩阵法 滤波器     

啁啾叠栅光纤光栅反射特性和时延特性的研究

从耦合模理论出发,用矩阵分析法分析由两线性啁啾光纤光栅构成的啁啾叠栅光栅的反射特性和时延特性,分别得到光栅长度、啁啾系数和折射率变化峰值对反射谱及光栅时延的影响.     

啁啾长周期光纤光栅的超宽带滤波特性及其切趾优化

基于光纤光栅的模式耦合理论,采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅(LPFG)的超宽带滤波特性进行了分析。研究表明当啁啾LPFG的纤芯模同时与同向传输的多个阶次的包层模发生耦合,且与多个不同阶次包层模对应的谐振峰交叠时,其传输谱带宽可扩展到500nm以上,可用做超宽带带阻滤波器。传输谱带宽随模式序数、啁啾系数、光栅长度、周期和折射率调制量的增加单调递增,但随光纤包层半径的增大单调递减。采用高斯折射率切趾技术抑制了传输谱旁瓣,为设计超宽带滤波器提供了新的方法。     

Highly sensitive distributed liquid-droplet sensor based on evanescent-wave linearly chirped fiber Bragg grating

We propose a highly-sensitive distributed addressable liquid-droplet sensor based on an evanescent-wave linearly chirped fiber Bragg grating (LCFBG). Due to liquid-droplet-induced increase of the localized effective refractive index, a transmission window is generated within the original reflection stopband of LCFBG. Utilizing the spatial encoding feature of Bragg wavelength in LCFBG and spectrum properties of the created passband, both numerical and experimental results demonstrate that the position, size, and refractive index information of multiple distributed discrete liquid-droplets can be detected simultaneously.     

High gain double-pass L-band EDFA with dispersion compensation as feedback loop

We demonstrate an efficient double-pass L-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) incorporating chirped fiber Bragg grating (CFBG). The amplifier structure exploits the characteristics of CFBG to reflect the amplified signal back into the gain medium, filter out the recycled forward amplified spontaneous emission and block the residual 1480 nm pump power. The amplifier configuration has high gain and low noise figures as compared to double-pass EDFA using broadband mirror. The demonstrated amplifier has gain of more than 48 dB and low noise figure of less than 4 dB at low input signal power of −40 dBm.     

Arbitrary chirped fiber Bragg gratings on application of filtering for optical communications

This paper presents an analysis of how to obtain narrow transmission band in the centre of the spectrum of the arbitrary chirped fiber Bragg grating (ACFBG). Grating chirp coefficient and refractive index profile are the critical parameters in contributing to performance of fiber Bragg grating. The reflection spectra and transmission band were analyzed with different refractive index profile. Apodization techniques are used to get optimized reflection spectra. The simulations are based on solving coupled mode equations by transfer matrix method that describes the interaction of guided modes.     

利用遗传算法优化线性啁啾光栅性能

针对制作町用于40 Gb/s全光色散补偿的宽带线性啁啾光栅时出现带内群时延纹波波动较大等问题.提出了一种通过设计和改变切趾函数的参量来优化线性啁啾光栅的新方法.该方法实现简单.只需根据需要设计具有不同滚降特性的切趾函数,同时利用遗传箅法来优化切趾参量.结合传输矩阵法经过200代获得了低带内时延纹波的线性啁啾光栅.数值结果验证了采取非对称分段切趾法在保持反射谱宽和平坦性的同时可以抑制带内群时延纹波的优越性.利用该方法制作了反射谱工作带宽为1.06 nm、时延纹波不超过45.60 ps、可用于大容量密集波分复用系统(DWDM)色散补偿的线性啁啾光纤光栅.     

光纤光栅与受激布里渊信号的耦合特性

近年来,光纤布拉格光栅传感器与全分布式光纤传感器的融合技术受到了广泛关注,然而光纤布拉格光栅与布里渊信号之间的耦合特性鲜有报道。本文研究了光栅类型、波长、反射率及光纤的光致折射率对受激布里渊信号的影响规律,并探讨了空间分辨率对光纤布拉格光栅定位功能的影响。实验结果表明,在布里渊光时域分析系统中,光纤布拉格光栅处有尖锐的反射峰,而啁啾光栅、长周期光栅及光致折射率变化的光纤处均未出现尖锐的反射峰;光纤布拉格光栅反射率与受激布里渊散射功率谱无关;当光纤布拉格光栅的波长接近1 550 nm时,对受激布里渊频移测量的影响最大;在8 m的长度范围内,光纤布拉格光栅的定位误差约为4 cm,并且与空间分辨率无关。     

Broad-band EDFA gain flattening by using an embedded long-period fiber grating filter

An erbium-doped fiber amplifier (EDFA) gain flattening technique using an embedded long period grating (ELPG) is proposed. By bending the ELPG, due to different coupling strengths yielded from different bending curvatures, it can be used for both the static and dynamic gain flattening despite of the different pump currents of the EDFA. The experimental results demonstrate that the flattened gain region of 34 nm can be achieved within 1 dB ripple.