掺铒光波导放大器的速率方程分析

用重合积分的方法 ,分析了描述掺铒光波导放大器 (EDWA)的速率方程 ,得到了 980nm波段抽运的掺铒光波导放大器增益的隐式解析解 ,在此基础上得到了抽运阈值功率的解析表达式。计算了掺铒平面光波导放大器中的光场与铒掺杂浓度分布的重叠因子。讨论了铒掺杂浓度对抽运阈值功率的影响及抽运功率对增益的影响。     

掺铒光波导入大器的速率方程分析

用重合积分的方法，分析了描述掺铒光波导放大器（EDWA）的速率方程，得到了980nm波段抽运的掺铒光波导放大器增益的隐式解析解，在此基础上得到了抽运阈值功率的解析表达式。计算了掺铒平面光波导放大器中的光场与铒掺杂浓度分布的重叠因子。讨论了铒掺杂浓度对抽运阈值功率的影响及轴运功率对增益的影响。     

掺铒玻璃波导放大器中抽运光信号光重叠因子分析

通过分析掺铒(Er3 )玻璃波导放大器(EDWA)的放大增益机理,提出抽运光与信号光光模场分布之间的归一化重叠积分因子(Γ),并引入到掺铒波导放大器增益模拟计算中,使理论模型更切合实际。以Ag -Na 二次离子交换工艺制作的具有埋入型渐变折射率分布的掺铒波导放大器为例,采用数值方法模拟了条形波导截面上的二维折射率分布及抽运光、信号光的光模场分布。计算了不同工艺参量设置下的Γ大小,讨论Γ对放大器增益的影响。结果显示,在二次离子交换制作过程中设置适当工艺参量优化折射率分布,能有效改善波导中抽运光与信号光光模场分布之间的重叠因子,提高掺铒波导放大器的增益。计算结果显示,在一定条件下,Γ从0.5增至0.8,每厘米长度掺铒波导放大器的放大增益可提高近1.5 dB。     

掺铒聚合物光波导放大器的数值分析

针对掺铒聚合物光波导放大器(EDWA),提出了一种基于Douglas离散格式改进的有限差光束传播法(FD-BPM)的数值计算方法。对每一传输步长结合多能级速率方程计算出EDWA中光场传输强度分布,及掺铒光波导放大器的增益传输特性。设计并研究了掺铒聚合物通道波导和Y形分束器的放大增益特性。在掺铒聚合物直波导中,Er3 浓度为9.0×1025ions·m-3,输入信号和泵浦光功率分别为1μW和2mW,其增益为1.6dB/cm;在掺铒聚合物Y形分束器中,输出信号光分束比相等,并能实现无损耗分束。     

掺铒磷酸盐玻璃波导放大器的特性研究

研究了掺铒磷酸盐玻璃波导放大器的特性。利用重叠因子将980nm光抽运的掺铒玻璃波导放大器四能级模型的速率-传输方程进行化简,在考虑上转换效应和放大自发发射的情况下．利用数值模拟的方法,得到了掺铒玻璃波导放大器的增益与Er^3 离子浓度、抽运功率、波导长度等参量之间的关系曲线;同时模拟出放大自发发射曲线并与实验测量结果进行比较。结果表明在考虑上转换效应和放大自发发射的情况下,理论结果和实验测量结果是一致的。同时看到,选择合适的铒离子浓度是制作掺铒玻璃波导放大器的关键;并且为了全面发挥掺铒玻璃波导放大器的性能,需要抽运功率、波导长度等各个参量配合起来。     

镱铒共掺Al2O3光波导放大器的净增益特性

将中频磁控溅射方法沉积制备的镱铒共掺Al2O3薄膜刻蚀成矩形截面、直线通道的光波导放大器.测量了净增益与抽运功率的关系，结果表明：净增益随抽运功率近似线性增加，阈值抽运功率为18 mW；抽运功率为68 mW时，长2.24 cm 的光波导放大器净增益为8.44 dB.数值模拟结果显示，相同抽运功率下的净增益为10.6 dB.     

脊形掺铒Al2O3光波导放大器级联特性的模拟计算

利用有限元法分析了脊形掺铒Al₂O₃光波导放大器内信号光和抽运光的场模式分布、速率方程求解铒离子五能级系统的粒子数分布.数值模拟了光波导净增益与信号光功率的关系和多个放大器级联的净增益特性.结果表明：级联系统存在着净增益亏损.低掺铒浓度的光波导作前级放大器的组合方式,级联系统总净增益最大.     

纵向非均匀掺铒的光波导放大器特性数值模拟研究

提出一种通过非均匀掺铒方法提高光波导放大器增益和抽运效率的优化设计方案，并在有限 元法基础上构建了光波导放大器模型.计算中考虑到合作上转换、交叉弛豫和激发态吸收等 效应. 利用自适应法求解了两种铒离子浓度分布方案，分别使脊形光波导放大器增益在固定 长度和增益最大值有1027%和565%的提高. 计算结果与级联掺铒玻璃样品的实验结果相 符合. 关键词： 掺铒光波导放大器 非均匀掺杂 增益特性 自适应算法     

阶跃掺杂Er∶Al2O3光波导放大器增益特性数值模拟

构建了纵向阶跃非均匀掺杂的掺铒Al2O3光波导放大器理论模型，利用有限元法、速率方程和传输方程，数值模拟了放大器的净增益特性.计算结果表明：阶跃掺杂掺铒Al2O3光波导放大器提高了抽运效率，净增益和信号光输出功率比优化后的均匀掺杂光波导放大器分别提高了9.2%和90.5%，长度却缩短了16.9%.     

阶跃掺杂Er∶Al2O3光波导放大器增益特性数值模拟

构建了纵向阶跃非均匀掺杂的掺铒Al2O3光波导放大器理论模型,利用有限元法、速率方程和传输方程,数值模拟了放大器的净增益特性.计算结果表明:阶跃掺杂掺铒Al2O3光波导放大器提高了抽运效率,净增益和信号光输出功率比优化后的均匀掺杂光波导放大器分别提高了9.2%和90.5%,长度却缩短了16.9%.     

Modeling of graded index waveguide fabricated by ion exchange on Er3+ doped glass

A general numerical tool,based on thermal diffusion equation and full-vectorial eigen-mode equation,has been presented for the systematic analysis of graded index channel waveguide fabricated by ion exchange on Er3+ doped glass.Finite difference method with full-vectorial formulation(FV-FDM) is applied to solving the full-vectorial modes of graded index channel waveguide for the first time.The coupled difference equations based on magnetic fields in FV-FDM are derived from the Taylor series expansion and accurate formulation of boundary conditions.Hybrid nature of vectorial guided modes for both pump(980 nm) and signal light(1550 nm) are demonstrated by the simulation.Results show that the fabrication parameters of ion exchange,such as channel opening width and time ratio of second step to first step in ion exchange,have large influence on the properties of waveguide.By optimizing the fabrication parameters,maintenance of monomode for signal light and improvement of the gain dynamics can be achieved in Er3+ doped waveguide amplifier(EDWA) fabricated by ion exchange technique.This theoretical model is significant for the design and fabrication of EDWA with ion exchange technique.Furthermore,a single polarization EDWA,which operates at wavelength from 1528 nm to 1541 nm for HE polarization,is numerically designed.     

油酸修饰的LaF_3:Er,Yb纳米颗粒的光学特性及有机-无机复合型光波导放大器

采用微乳液法制备了LaF3:Er,Yb纳米颗粒,在有机-无机杂化材料中有良好的溶解性,掺杂质量比可达到50%。通过TEM观察到纳米颗粒的粒径为6~10 nm;XRD的测试结果表明材料中形成了LaF3六方晶体结构;荧光发射谱的测试表明纳米颗粒的荧光半峰全宽为79 nm;通过时间相关单光子计数法测得铒离子4I13/2能级的寿命为100μs。结合半导体工艺,制备了嵌入条形结构的平面光波导放大器,在信号光(1 550nm)功率为0.2 mW,泵浦光(980 nm)功率为188 mW的条件下,在1.9 cm的样品上得到了3.2 dB的相对增益;同时分析了散射损耗随颗粒大小的变化关系。     

掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析

对掺铒铌酸锂（Ｅｒ３＋：ＬｉＮｂＯ３）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     

制备工艺对掺杂NaYF4:Er3+,Yb3+发光纳米晶的聚合物光波导放大器性能的影响

制备了NaYF₄：Er³⁺,Yb³⁺纳米晶,表征了纳米晶的形貌,通过物理掺杂的方式将纳米粒子掺杂到SU-8中作为光波导放大器的芯层材料,优化了波导放大器的尺寸,利用旋涂、刻蚀等工艺,在二氧化硅衬底上制备了光波导放大器。实验中用光漂白法和湿法刻蚀两种方法制备光波导放大器,分别给出了两种方法制备的器件的结构、工艺流程、光场模拟结果,并对两种方法制备的器件的放大特性进行了测试。测试结果表明,当980 nm波长的泵浦光功率为241 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时,使用湿法刻蚀法制备的放大器得到2.7 dB的相对增益。当980 nm波长的泵浦光功率为235 mW且1 550 nm波长的信号光功率为0.1 mW时,使用光漂白法制备的放大器得到4.5 dB的相对增益。根据以上测试结果,分析了两种工艺对器件性能的影响。     

Numerical analysis of amplification characteristic of erbium-doped waveguide amplifiers by FD-BPM

An efficient analysis method for erbium-doped optical waveguide amplifiers (EDWA) is presented. By solving the rate equation, the propagation in EDWA is stimulated using the finite difference beam propagation method (FD-BPM). The dependence of the gain of EDWA is investigated on the waveguide length, erbium concentration, and signal and pump power. The analysis shows that considerable gain levels, 3.35 dB/cm can be achieved in 10 cm-long EDWA with an erbium concentration of 2.0 × 10²⁶ ions/m³, signal power 1 W and pump power 100 mW at 980 nm.     

Influence of multimode-pump propagation on the gain characteristics of erbium–ytterbium doped waveguide amplifier

Channel waveguides with channel opening widths (COWs) from 4.5 to 7.5 μm with increment of 0.5 μm have been fabricated by two-step ion exchange on the same erbium-ytterbium uniformly doped phosphate glass substrate of 4.3-cm length. Experimental results indicate that the gain for 1534-nm small signal light pumped at saturation is maximized and shows a 3.6-dB enhancement for these erbium-ytterbium doped waveguide amplifiers (EYDWAs). The intensity profile overlap between signal and multimode-pump light in waveguide leads to the improvement in the gain of EYDWA. This can be used to explain the experimental results and shows the general dependence of the gain characteristics on the modal behavior of EYDWA. The presence of higher order modes of pump light and the optimization of this intensity profile overlap are significant to improve the gain properties of EYDWA.     

基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶的红光聚合物平面光波导放大器

制作了基于KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶材料的工作波长655 nm的聚合物平面光波导放大器。材料的吸收光谱表明,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶在980 nm附近有很强的吸收。在980 nm激光的激发下,由于Er~(3+)和Mn2+能级之间的能量传递,KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米晶产生了很强的红色上转换发光。根据KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)纳米粒子的发光特性,制备了KMnF_3∶Yb~(3+),Er~(3+)NCs-PMMA复合材料,用其作为芯层设计了掩埋形结构光波导放大器,利用传统的半导体工艺完成器件制备。器件测试结果表明,当655 nm信号光功率为0.1 m W、980 nm泵浦功率为260 m W时,器件获得了2.7 d B的相对增益。