损耗可控条件下掺铒光纤中光速减慢现象的研究

由于相干布居振荡效应,光脉冲通过处于吸收状态的掺铒光纤介质时,将导致群速度传输减慢. 由掺铒光纤的吸收特性可知,此时必伴随着强烈的吸收损耗,这势必会给实际的慢光信号测量及光通信领域带来诸多的困难. 从铒离子基态粒子速率方程出发,对损耗可控条件下的光速减慢传输进行了数值仿真研究,并加以实验验证. 研究表明：抽运光强度越高,信号光损耗系数越小;抽运掺铒光纤长度越长,信号光损耗系数越小. 通过优化抽运光强度、掺铒光纤长度等参量,可以实现损耗可控条件下的光脉冲群速度减慢传输. 关键词： 时间延迟 吸收损耗 掺铒光纤     

掺铒光纤中亚稳态粒子振荡和慢光时间延迟关系研究

由于光纤慢光在实际中的应用价值引起广泛关注. 技术手段上利用相干布居振荡效应实现光速可控更具有优势. 本文主要介绍了利用相干布居振荡效应 (CPO) 实现掺铒光纤中的光速减慢传输, 通过改变掺杂浓度、光纤长度、入射信号光及抽运光功率等参量, 具体研究了亚稳态粒子振荡和时间延迟的关系. 研究结果表明: 选择高浓度光纤、增加光纤长度、关闭抽运光源, 选择适当强度的信号光可以有效地增大时间延迟. 关键词： 掺铒光纤 时间延迟 相干布居振荡 慢光     

双向掺铒光纤放大器的特性分析

讨论了双向掺铒光纤放大器的结构方案,利用考虑放大的自发辐和北员耗影响的双向掺铒光纤放大器稳态放大速率方程模型分析的增益与掺铒光纤长度、输入信号光功率、帛运光功率及抽运方式等参数之间的关系,研究了单向和双向等功率抽运下正反向噪声系数随正反向信号光输入功率的变化行为。     

高浓度镱铒共掺磷酸盐光纤放大器增益特性

在忽略高能级的自发辐射和光纤损耗的情况下，利用速率方程和传输方程理论研究了高浓度Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光纤放大器的增益特性，讨论了Er³⁺浓度、Yb³⁺浓度、抽运光功率、信号光功率、光纤长度对放大器增益的影响，并与单掺铒光纤放大器进行了比较.由于Yb³⁺的敏化作用降低了铒离子的团簇效应，减少了离子间相互作用，共掺光纤的增益和效率明显高于单掺光纤.数值计算表明，3.2cm长Er³⁺/Yb³⁺共掺光纤在980nm的20dBm(100mW)抽运功率下，1532nm处的增益可达10dB. 关键词： 镱铒共掺光纤放大器 速率方程 传输方程 高浓度     

SESAM锁模全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定

实验采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了半导体可饱和吸收镜锁模全保偏掺镱光纤激光器重复频率的精确锁定。在掺镱光纤激光器的腔内加入一个980/1064nm的波分复用器(WDM)和一段掺铒增益光纤,通过反馈控制加载在该掺铒光纤上的976nm抽运光LD2功率调控掺铒光纤的非线性折射率,进而对激光器的光学腔长实施控制,最终实现重复频率的精确锁定。优化了不同掺铒光纤长度及抽运光初始功率对激光器重复频率控制范围和锁定精度的影响。结果表明:当掺铒光纤长度为1.75m时,通过调整抽运光功率能够实现180Hz的重复频率调整范围;而重复频率的锁定精度仅与抽运光的初始功率密切相关,并不受掺铒光纤长度的明显影响。当LD2抽运光强度为18mW时,重复频率峰-峰值的波动范围小于0.5mHz,相应的标准偏差为0.16mHz,输出功率的标准偏差为0.009mW。此外,通过反馈控制抽运源LD1的强度,并取掉了腔内的掺铒增益光纤及与其相连的WDM,发现由于共振增强非线性和克尔非线性对光纤折射率的叠加,在稳定的单脉冲锁模区间内,重复频率单调变化的范围增加至1kHz,而锁定精度略有降低。     

分布式反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率分析

为了对反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格库塔算法和打靶法相结合的数值模拟方法,详细分析所有物理因素对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的影响。结果表明:功率转换效率先随着光纤长度增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;功率转换效率随着初始信号光功率、光纤拉曼增益系数、信号光损耗系数增加而增加,随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系。所得结论对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤拉曼放大器的其他相关研究有重要参考意义。     

有源循环式光脉冲复制系统的输出特性研究

改进并验证了一种基于有源循环光纤延迟线的模拟光脉冲信号复制技术.实验系统采用低增益掺铒光纤放大器补偿循环损耗.进行了光脉冲信号复制的仿真和实验,在掺铒光纤放大器增益为6.774 dB,光滤波器－3 dB,带宽为0.8 nm时,测得第500个复制光脉冲的信噪比为31 dB.仿真和实验结果表明,选用小增益掺铒光纤放大器可以实现低于3 dB的噪音系数,降低掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪音并提高输出脉冲序列的信噪比,有望成为提高光脉冲复制器性能的一种新方法.在系统中插入窄带光滤波器等手段也是改善信噪比的有效措施.     

室温条件下掺铥光纤放大器中光波群速减慢的研究

从掺铥离子光纤的速率方程和传输方程出发,建立了掺铥离子光纤放大器中光速减慢的理论模型,分析并讨论了介质的增益与泵浦光功率之间的关系。当掺铥离子光纤处于吸收区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了饱和吸收过程,此时光脉冲传输延迟;当掺铥离子光纤处于增益区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了增益饱和过程,此时脉冲传输超前。依据该理论模型进行了理论仿真计算,同时进行了室温条件下掺铥离子光纤中光波群速减慢传输的研究。     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器转换效率的研究

以掺镱光纤激光器为抽运源、掺铒光纤激光器后接掺铒光纤放大器为信号源,利用周期极化掺镁铌酸锂晶体,研究了全光纤化差频产生中红外激光器的转换效率特性。结果表明,抽运光和信号光偏振态影响差频产生过程的转换效率,利用偏振控制器,可将抽运光和信号光偏振方向调节到与晶体光轴方向平行,以获得高的转换效率。抽运光和信号光的光束质量既影响差频产生过程的转换效率,又决定晶体纵向位置的容限,当聚焦系统由自聚焦透镜和焦距100mm平凸透镜组成时,相对转换效率达0.717mW-2,晶体纵向位置容限为44mm。此外,差频光在3126.36~3529.6nm范围内调谐时,转换效率基本保持不变。     

光纤参变放大器光纤长度的优化设计

随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用,光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越多的增益饱和现象,这是光放大器中应该尽量避免的。对此,提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念,即在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度,而且最佳光纤长度有利于提高光纤参变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程,并运用控制变量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数据拟合确定系数,得到简洁、实用的最佳光纤长度解析表达式。与已有实验结果比较表明,该解析式可很好地用来计算和优化光纤参变放大的光纤长度。     

高非线性微结构光纤中基于受激布里渊散射的慢光延迟

全光连续可调的慢光技术在全光网络和光信息处理等领域具有重要的应用前景. 利用自行设计并拉制的高非线性微结构光纤, 实验研究了基于受激布里渊散射的可调谐慢光延迟. 采用单抽运光和单级延迟方案, 当抽运光功率为162.6 mW时, 在长度为120 m的高非线性微结构光纤中获得了最大76 ns的延迟量, 相当于0.76个脉冲宽度. 通过调节抽运光功率的大小, 可以实现对慢光延迟量的可调谐.该慢光延迟方案具有延迟量大、 全光可调谐及与现有光通信系统兼容等优势. 关键词： 慢光 微结构光纤 受激布里渊散射     

Controllable ultraslow light propagation in highly-doped erbium fiber

We report on slow light propagation induced by the coherent population oscillation in an erbium-doped optical fiber (EDOF). The slowdown of group velocity of light is demonstrated in a solid-state material at room temperature. We observe a maximum fractional delay of 0.129 and a maximum delay of 8.75 ms corresponding to a group velocity as low as 228.57 m/s in a sinusoid-like modulated waveform. We study in details the influences of the erbium ion density and the length of fiber on the fractional delay and the slow light propagation. The data show that the fractional delay can be increased using the fiber with high erbium ions density or long interaction length.     

均匀展宽增益介质中超光速饱和现象的研究

根据饱和增益理论分析可知,不同抽运光功率对应着介质不同的吸收和增益状态. 在吸收介质中,相干布居振荡效应导致光脉冲经历饱和吸收,光脉冲传输延迟;在增益介质中, 相干布居振荡效应导致光脉冲经历增益饱和,光脉冲传输超前. 本文由铒离子的亚稳态速率方程出发,建立了掺铒光纤中超光速传输的理论模型, 同时得到时间超前的数值解析表达式;讨论了低频率段超光速的饱和现象, 即超光速在低频段并不随着抽运光功率的增强而加强,而在高频率段随抽运光功率的增加而加强.     

室温条件下掺铒光纤中光脉冲群速可控特性的研究

利用相干布居振荡技术在介质吸收光谱上产生烧孔，孔宽大约为基态粒子数恢复时间的倒数. 由增益理论分析得到不同抽运光功率对介质吸收状态的影响. 在介质的吸收区域，振荡导致光脉冲经历饱和吸收，脉冲传输延迟；在介质的增益区域，振荡又导致光脉冲经历增益饱和，脉冲传输超前. 应用此技术在掺铒光纤中实现了光速人为可控. 在掺铒光纤晶体中观测到了最慢为2.857×10³m/s的光速减慢传输，相应感生群折射率为10.5×10⁴. 根据布居振荡效应及增益理论，由速率方程出发，得到了 关键词： 光谱烧孔 相干布居振荡 饱和吸收 慢光     

Theoretical model for superluminal and slow light in erbium-doped optical fibers: enhancement of the frequency response by pump modulation

Superluminal and slow-light propagation in erbium-doped optical fibers are theoretically modeled. The pump and signal fields are allowed to be intensity modulated at the same frequency, and propagation effects are included in the model. The levels of advancement, delay, and distortion are determined as functions of system parameters such as modulation frequency, input pump power, modulation indexes of the pump and signal powers, input signal power, fiber length, and the relative phase of the pump and signal modulation. Two methods are analyzed for enhancing the frequency response while ensuring that distortion values remain tolerable. The first method assumes no modulation of the pump wave, although the pump power is adjusted for each signal modulation frequency. A flat frequency response for frequencies up to several kilohertz is obtained, although signal advancements are limited to low values. In the second method, the pump power is modulated with a phase that needs to be controlled with respect to that of the signal. Advancements and delays are increased by this procedure, and distortion values remain tolerable. The frequency response is not made worse for advancements and it is improved for delays. Moreover, absorption need not accompany slow light for this method.     

光纤中双宽带抽运SBS慢光及其脉冲展宽减小的理论研究

提出了一种单模光纤中采用双宽带抽运实现宽带受激布罩渊散射(SBS)慢光的方法.给出了双宽带抽运的SBS慢光及其脉冲展宽的理论模型.色散分析发现,两抽运光间存在一个最佳的频率间隔,可有效地减少由于群速度色散所引起的脉冲展宽.理论计算表明,该方案所获得的SBS增益带宽和信号脉冲群延迟分别提高到了相同条件下单宽带抽运的1.7倍和2倍.     

包含掺铒光纤和微结构光纤的光纤环镜光开关

设计了一种低开关功率的全光开关.将掺铒光纤和微结构光纤引入Sagnac环镜中,信号光在泵浦光作用下经过掺铒光纤被放大,破坏了环镜的平衡,利用交叉相位调制效应使两束反向传输的信号光产生非线性相移,实现了光开关效应.理论分析表明:信号光经过掺铒光纤后,增益越大微结构光纤的非线性系数越高,开关功率越低,并且环镜信号光的透射率随两束反向传输信号光的相移差成余弦变化.仿真得到开关功率约为26.73 mW,与理论分析一致.