铋基掺铒光纤放大器中放大自发辐射处理研究

分别设计了一个带光隔离器和一个带光环形器的复合型宽带铋基掺铒光纤放大器(Bi-EDFA),理论上研究了Bi-EDFA中对于后向传输放大自发辐射(ASE)的处理对放大器性能的影响。研究表明,在C+L波段多波长信号同时输入情形下,通过在铋基掺铒光纤中插入一个光隔离器抑制后向传输的ASE,可以提高放大器各波长信号增益,降低噪声系数。利用一个光环形器引导后向传输的ASE去泵浦一段未抽运的低掺杂铋基掺铒光纤,可以显著地提高放大器长波段信号增益,而噪声系数只是略有增加,理论研究与报道的实验结果达到了比较好的一致。研究结果对于新型宽带Bi-EDFA的设计和应用具有一定实际指导意义。     

带光隔离器的掺铒光纤放大器性能分析

本文通过速率方程对带光隔离器的掺铒光纤放大器(EDFA)的性能进行了理论分析.由于光隔离器有效地抑制了反向传输的放大自发幅射(ASE),从而改善了掺铒光纤放大器的增益、噪音系数和输出功率等性能,分析结果表明光隔离器加在最佳位置时,可使小信号增益提高约5dB,噪音系数降低约1.6dB.     

碲基掺铒光纤放大器增益饱和特性的数值模拟

依据均匀加宽四能级结构速率方程组和光功率传输方程组,数值模拟了1520～1620nm波段范围内碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)增益谱特性,以及EDTFA增益谱特性与输入信号光功率的关系.模拟结果显示:随着输入信号光功率的增大,EDTFA增益谱由于饱和效应而呈现平坦化特征.模拟结果与报道的实验测量结果达到了很好的一致.     

WDM系统中碲基掺铒光纤放大器泵浦问题的理论研究

依据均匀加宽四能级结构速率方程组和光功率传输方程组, 对WDM系统中碲基掺铒光纤放大器（EDTFA）的泵浦问题进行了理论研究,给出了三种泵浦方式小信号和大信号状态下EDTFA信号增益分布曲线和放大的自发辐射（ASE）噪声功率谱,在此基础上探讨了EDTFA泵浦方式与信号增益、ASE噪声的关系.     

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.     

碲基掺铒光纤放大器对于渐变输入信号的瞬态响应

为了抑制输出信号功率的瞬态波动,提出了调理脉冲信号边沿变化方式的思想.通过有限差分法数值模拟四能级模型下的粒子数速率-光功率传输方程组,理论研究了宽带碲基掺铒光纤放大器(Erbium-doped Tellurite-based Fiber Amplifier,EDTFA)对于低频脉冲输入信号的瞬态响应.研究表明,相比具有阶跃上升沿的方波脉冲,选择一个合适的渐变上升沿脉冲信号可以有效地抑制EDTFA输出端信号功率的瞬时上冲幅度.在多信道系统中,选择渐变的信道功率上传和下载方式,可以延缓其余信道输出功率的瞬态响应速度,从而为后续增益箍制技术的实施提供了便利.     

宽带碲基掺铒光纤放大器多信道增益竞争的仿真分析

对新型宽带碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)多信道间的增益演变关系进行了理论仿真。仿真结果表明:EDTFA多信道间的增益存在着一个竞争过程,竞争的强弱取决于碲基掺铒光纤内的能级粒子数分布;当上能级粒子数处于反转分布态时,具有较大的发射截面与吸收截面差值的波长信道拥有相对较大的竞争优势,可获得相对较高的信号增益;当上能级粒子数处于未反转分布态时,具有较大的发射截面与吸收截面比值的波长信道拥有相对较大的增益竞争优势。     

铋基掺铒光纤放大器宽带放大特性的理论研究

研制了铋酸盐基质掺铒玻璃43Bi2O3-30B2O3-27SiO2,测试分析了玻璃中Er3+离子的光谱性质。结合获得的Er3+离子光谱参数,建立了一个以该铋基掺铒玻璃作为放大器增益介质时Er3+离子跃迁的三能级理论模型,研究了铋基掺铒玻璃光纤放大器(Bi-EDFA)的信号放大特性。研究显示,单波长输入情形下,Bi-EDFA具有大于40dB的信号增益和75nm的3dB波长带宽。同时,相比于硅基掺铒光纤放大器(Si-EDFA),Bi-EDFA具有优异的多波长信号宽带放大和低噪声特性,低噪声系数(~5.5dB)可维持至1610nm波长之外。结果表明,铋基掺铒玻璃光纤放大器是一种单位长度增益极高和宽带放大能力的小型化掺铒光纤放大器,适合于WDM系统的集成化需求。     

室温掺铒光纤放大器中实现参量控制无损耗光速减慢传输

本文对掺铒光纤放大器中的光速减慢传输系统进行深入研究,提出一种直接利用掺铒光纤放大器中抽运光 强度和掺铒光纤长度,通过优化控制参量来降低信号光强度损耗系数,从而可以实现无强度损耗光速减慢传输, 研究结果表明:当抽运光功率为3.5 mW时,信号光强度损耗系数近似为零;当抽运光关闭时,掺铒光纤长度为 0.1 m时,信号光强度损耗系数近似为零.     

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.     

石英基L波段扩展掺铒光纤及其放大性能

掺铒光纤放大器的增益带宽是限制光纤通信系统传输容量提升的重要因素.受铒离子激发态吸收所限,常规L波段掺铒光纤难以实现更长波段的带宽扩展.本文基于改进的化学气相沉积工艺成功制备了P/Al共掺石英基L波段扩展掺铒光纤,研究了共掺离子对于铒离子4I13/2能级到4I9/2能级激发态吸收的影响.通过分别搭建单级前向泵浦和多级的放大结构,测试了其宽带放大性能.基于前向980 nm泵浦的单级结构,当输入信号功率为–9 dBm,泵浦功率为530 mW时,该光纤在1625.3 nm处增益达10.5 dB,最大噪声指数为5.9 dB.多级放大结构下,该光纤在1625.3 nm处增益可达23.4 dB.实验结果表明P/Al共掺石英基掺铒光纤可以有效抑制铒离子的激发态吸收,为进一步扩展L波段增益带宽提供了强有力的可行方案.     

掺铒光纤放大器在多路模拟光纤传输系统中应用

对应用掺铒光纤放大器的副载波频分复用模拟电视光纤传输系统的噪声和失真进行了实验研究，利用掺铒光纤放大器作为系统的功率提升和中继放大器，分别成功地进行了１８５ｋｍ和２１５ｋｍ的系统传输试验     

二氧化硅基掺铒纤维放大器展现70nm带宽

为了提高波分复用的传输能力,掺铒纤维放大器的增益谱必须在现有的大约32nm标准上展宽。以前曾利用掺铒亚碲酸盐纤维获得过80nm的放大带宽。目前日本的NTT光电子学实验室的研究人员实现了第一个70nm带宽的二氧化硅基掺铒纤维放大器,其信号增益超过20dB,噪声因素小于5dB。?..     

伽马射线辐照增益光纤对光纤放大器低频噪声特性的影响

针对光纤放大器的空间应用,对光纤放大器在辐射环境中的性能变化进行了实验研究。对铒镱共掺光纤放大器的增益光纤进行伽马射线辐射,研究了光纤放大器的输出功率和光谱特性的演化规律,并采用频谱测量法研究了光纤放大器的噪声特性。通过总剂量为50 krad的在线辐照实验发现,光纤放大器输出功率、光谱的中心波长峰值功率以及光噪声都随着辐射剂量的积累而不断降低。采用光噪声模型对辐射后的光纤放大器噪声特性进行分析,与辐射前相比,发现光噪声中的弛豫振荡噪声部分和中频部分的相对强度噪声系数分别增加了1.625×10~(-4)nW·mW~(-2)·Hz-1和3.122×10~(-4)pW·mW~(-2)·Hz~(-1),而光散粒噪声系数分别减小0.900 pW·mW~(-1)·Hz~(-1)和0.035 pW·mW~(-1)·Hz~(-1),对于光纤放大器在太空的实际应用中,需要重视相对强度噪声的抑制。     

1250～1370nm波带PbSe量子点宽带光纤放大器

实现了一种硒化铅(Pb Se)量子点掺杂的光纤放大器(QDFA)。以直径为4 cm的Pb Se量子点作为光纤增益介质,由量子点掺杂光纤、980 nm单模激光器、波分复用器、隔离器等组成全光传输结构,在1250~1370 nm的宽带区间实现了信号光的放大。实验表明:对于纤芯直径为50μm的多模量子点掺杂光纤,激励阈值为62 m W,-3 d B宽带达120 nm,-1 d B平坦带宽为90 nm,增益可达12 d B。与传统的掺铒光纤放大器相比,QDFA的带宽更宽,增益更平坦,噪声也较低。该QDFA为解决目前密集型光波复用(DWDM)系统对光纤通信放大器日益增长的带宽需求提供了一种新的途径。     

两段级联掺铒光纤放大器的优化研究

基于Giles模型,研究了980 nm和1480 nm泵浦的两段级联掺铒光纤放大器(EDFA)的设计,得出了掺铒光纤(EDF)的最佳长度和光隔离器的最佳位置随泵浦功率和信号功率的变化关系.比较980 nm和1480 nm泵浦的两段级联EDFA,可以发现,前者的最佳EDF长度短,而光隔离器最佳位置距EDFA输入端远.     

基于掺铒光纤/喇曼混合放大的光纤激光器布喇格光栅传感系统

提出了一种提高长距离光纤布喇格光栅信噪比以进行准分布测量的新方法.该方法基于掺铒光纤/喇曼混合放大的光纤激光器结构,掺铒光纤和滤波器构成的环形结构产生激光作为光源,喇曼光纤放大器对布喇格光栅信号进行低噪音的双向放大,置于远处的掺铒光纤利用剩余的泵浦功率产生自发辐射光和放大传感信号,为远处掺铒光纤之后的布喇格光栅传感器提供信号光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示,与使用宽带光源的传感方式相比,系统的性能得到显著提高,仅使用小功率泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均获得了超过58 dB的优良信噪比.     

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     

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.     

掺饵光纤放大器在多路模拟光纤传输系统中的应用

对应用掺饵光纤放大器的副载波频分复用模拟电视光纤传输系统的噪声和失真进行了实验研究，利用掺铒光纤放大器作为系统的功率提升和中继放大器，分别成功地进行了１８５ｋｍ和２１５ｋｍ的系统传输试验。