光纤耦合头对行波半导体激光放大器工作特性的影响

本文阐述了半导体激光放大器组件中,末端带高折射率类球透镜的锥形光纤耦合头对放大器芯片的外腔反馈效应,从理论上对这种耦合头的反馈效应进行了计算.为了使计算结果更接近于实际情况,在理论分析中引入了厚透镜表面的菲涅耳(Fresnel)反射及有限孔径的影响.     

多芯光子晶体光纤优化掺杂分布实现同相位超模输出

本文基于多横模运转的传输速率方程,建立了多芯光子晶体光纤放大器的数值模型.利用分步傅里叶方法,分析了掺杂浓度分布、耦合强度、抽运功率对于放大器各模式输出功率的影响.通过对多芯光子晶体光纤掺杂浓度的阶梯设计和纤芯间耦合强度的优化,实现了无需插入其他外加元件,利用光纤本身特性就可以实现选定同相位超模的方法,并且数值计算表明高抽运功率也能够提高放大器输出同相位超模的比例,进一步优化了多芯光子晶体光纤放大器输出脉冲的光束质量.     

大纤芯双模放大Bragg光纤的研究

设计了一种大纤芯实心Bragg光纤,并从理论上证明,利用这种光纤可以实现大纤芯的双模光纤放大器.纤芯的增大使制作光纤放大器的工艺变得简单,并且可以使泵浦光直接灌入纤芯,这样泵浦光与信号光可以最大限度的重合,从而提高了泵浦光的耦合效率.同时,纤芯的增大使光纤芯区的总能量得以增大,这样就可以得到高功率的光纤放大器.     

相敏光放大器对光纤偏振模色散进行补偿的探讨

根据耦合非线性薛定谔方程,在考虑偏振模色散的情况下,采用数值方法仿真了含有相敏光放大器的高速光纤传输系统性能,获得了一组优化参量.仿真结果表明,相敏光放大器对于光纤偏振模色散的影响有一定的补偿作用.     

一种增益平坦的光子晶体拉曼光纤放大器

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题,采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱,建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程,推导了实现增益平坦的约束条件,发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明,在1 508～1 544 nm的带宽范围内,实现了一个增益高达21 dB,增益平坦度仅为0.14 dB的光子晶体拉曼光纤放大器,可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.     

一种增益平坦的光子晶体拉曼光纤放大器（英文）

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题,采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱,建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程,推导了实现增益平坦的约束条件,发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明,在1 508~1 544nm的带宽范围内,实现了一个增益高达21dB,增益平坦度仅为0.14dB的光子晶体拉曼光纤放大器,可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.     

多模光纤放大器输出光分析

根据不同的泵浦方式,对多模光纤放大器运用多模速率方程组,采用四阶龙格-库塔法数值计算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信号光在光纤放大器中的传输、放大行为,并研究了在光纤放大器光纤长度有微小变化(mm量级)的情况下,输出光的光束质量与光纤长度的关系。结果表明:输出信号光的光束质量因子随光纤长度微小变化而呈准周期变化,周期与信号光耦合入光纤放大器的本征模式间的传播常数差有关。     

二阶拉曼光纤放大器增益特性研究

为实现较大放大带宽,同时提高输出增益并保持较小的增益平坦度,设计了一种二阶拉曼光纤放大器,采用一个二阶泵浦和四个一阶泵浦对100路信号光进行分布式拉曼放大.首先对二阶拉曼耦合波方程进行数值求解,为进一步提高输出性能,利用粒子群优化算法对二阶拉曼光纤放大器的性能参数进行了优化,然后在相同泵浦参数配置下,对一阶拉曼光纤放大器和二阶拉曼光纤放大器进行对比,最后对二阶拉曼放大器输出增益的影响因素进行分析.通过Matlab仿真,在1 510～1 610 nm的增益带宽范围内所设计的二阶拉曼光纤放大器的平均输出增益为23.768 0 dB,最高输出增益为24.124 4 dB,同时增益平坦度为0.911 2 dB.     

光放大器的噪声分析及光前放接收机的灵敏度计算

本文介绍了光放大器的噪声分析以及作为光前置放大器在强度调制-直接检测(IMDD)光纤传输系统中的应用.文中着重讨论了各种系统参数对接收机灵敏度的影响,并推出了一个通用的灵敏度计算公式.对一个2.5Gb/s实验光纤传输系统的测试表明,理论计算的灵敏度曲线与实测值非常接近.利用光纤前置放大器及IMDD传输方式,实验系统的灵敏度由原来的-26.5dBm提高到-39.5dBm.     

用楔形柱面光纤微透镜耦合的1.3μm SOA组件

运用激光模式耦合理论分析了半导体光放大器(SOA)与单模通信光纤的连接损耗,并设计制作了楔形柱面光纤微透镜用来实现两者的模斑匹配,有效地降低了器件的光耦合损耗.本文介绍了楔形柱面光纤微透镜耦合的1.3 μm半导体光放大器(SOA)组件及其制作方法.该组件的最大增益不小于14 dB,其偏振灵敏度小于1 dB,增益波动不大于0.5 dB.     

Efficiency and optical feedback of traveling-wave semiconductor laser amplifier to single-mode fiber coupling: Theory and experiment

This paper analyzes the coupling efficiency and optical feedback of the tapered fiber end with a high-index hemiellipsoidal microlens. Such a device has been used as a coupler of traveling-wave semiconductor laser amplifier (TW-SLA) to single mode fiber (SMF).

A theory of the calculation of coupling efficiency and optical feedback is presented including the effects of spherical aberration and Fresnel reflection of thick lens. In consideration of the large beam divergency of the TW-SLA chip, the finite transmission aperture is introduced.

The calculations are in agreement with experiment results and a group of optimum structure parameters of the coupler are given.     

长周期光纤光栅模式与耦合的研究

长周期光纤光栅是在光纤纤芯中沿轴向形成折射率周期性调制的带阻型光纤器件。与光纤布拉格光栅不同，它表现为前向传播的纤芯基模与同向传播的各阶次包层模式在特定波长的耦合。研究了纤芯基模、包层模式（HE1t/EH1t）及其有效折射率随波长的变化，研究了纤芯基模与包层模式（HE1t/EH1t）的耦合系数。研究表明，纤芯基模与一阶低次包层模式的有效折射率随波长增大而减小，纤芯基模与HE1t产生的耦合系数远大于与EH1t的耦合系数，并且包层模式次数较低时，耦合系数随次数的升高而增加。这与以前的研究结果有所不同。     

量子点单光子源的光纤耦合

半导体量子点在低温下产生谱线细锐的激子发光可制备单光子源.光纤耦合可避免低温共聚焦装置扫描定位和振动影响,是实现单光子源即插即用和组件化的关键技术.在耦合工艺上,基于微区定位标记发展出拉锥光纤与光子晶体腔或波导侧向耦合、大数值孔径锥形端面光纤与量子点样片垂直耦合等技术;然而,上述工艺需要多维度精密调节以避免柔软光纤的畸形弯曲实现对准和高效耦合.陶瓷插针或石英V槽封装的光纤无弯曲且具有大平滑端面,只要与单量子点样片对准贴合就可保证垂直收光, V槽封装的排式光纤还可通过盲对粘合避免扫描对准,耦合简单.本文在前期排式光纤粘合少对数分布Bragg反射镜(distributed Bragg reflector, DBR)微柱样片实现单光子输出基础上,经理论模拟采用多对数DBR腔提升样片垂直出光和光纤收光效率,使光纤输出单光子计数率大大提升.     

长周期光纤光栅耦合常数的研究

长周期光纤光栅表现为前向传播的纤芯基模与同向传播的各阶次包层模式在特定波长时的模式耦合。由纤芯基模、一阶包层模式的场分布推得其功率分布 ,进一步得到两种模式的归一化常量。推导了纤芯基模与一阶各次包层模式 (HE1l/EH1l)的耦合常数。结果表明 ,纤芯基模与HE1l包层模式产生的耦合常数远大于与EH1l包层模式的耦合常数。次数低时 ,耦合常数随包层模式次数的升高而增大     

锥形透镜光纤与平面光波光路芯片的耦合实验

对锥形透镜光纤（TLF）与半导体多量子阱（MQW）平面光波光路（PLC）芯片的耦合特性进行了实验研究.数值模拟了TLF、普通单模光纤（SMF）分别和PLC芯片脊波导的耦合情形，发现TLF-PLC耦合损耗比SMF-PLC耦合损耗小3.01 dB.测得了TLF的出射光场光斑，分析了出射光场发散范围.建立光纤-PLC芯片耦合实验系统，用放大自发辐射（ASE）宽带光源在1550 nm波长处对比分析了PLC芯片与不同光纤的耦合连接损耗，从而确证最佳方案为TLF-PLC-SMF：即TLF作为入纤，SMF作为出纤时，耦合对准容易实现，损耗为10.798 dB，比TLF-PLC-TLF耦合损耗小4.458 dB.     

半导体激光放大器用于啁啾补偿的研究

详细分析了饱和工作状态下的行波半导体激光放大器的啁啾特性，从理论上证了实了利用其增益饱和所引起的自相位调制来对光源啁啾和光纤色散进行啁啾补偿的可行性，并且发现，对于不同脉宽的入射脉冲，光放大器均能发挥相位补偿的作用，这一特性可用来在长距离光纤传输系统中，对微弱啁光脉冲同时进行能量和相位的补偿。     

楔形光纤与半导体多量子阱平面光波光路芯片的耦合分析

采用楔形光纤(WSF)实现了与半导体多量子阱(MQW)平面光波光路(PLC)芯片的高效耦合。在多量子阱-平面光波光路前置模斑转换器(SSC)和不加模斑转换器的情况下,用阶梯串联法(SCM)数值模拟并优化设计了楔形光纤-平面光波光路间最佳耦合参量:楔形光纤楔角45°、端面圆柱透镜曲率半径2.5μm、模斑转换器-多量子阱-平面光波光路出射椭圆光斑长半轴3.5μm、纵横比5、楔形光纤-平面光波光路间垂直方向和水平方向无偏移、纵向间距5.5μm。用反向推演法(IDM)实验分析了楔形光纤样品的出射光场,与阶梯串联法(SCM)计算结果相比长轴误差为3.125%,短轴误差为0.8%。建立楔形光纤-平面光波光路-单模光纤(SMF)的耦合实验系统,在1.55μm波长处以单模光纤作为出纤的相同条件下,发现楔形光纤激励入射平面光波光路比单模光纤和锥形透镜光纤(TLF)作为入纤的耦合效率分别提高了24.827 dB和16.22 dB,为多量子阱-平面光波光路芯片尾纤封装技术提供了实验原型。     

Characteristics of the transmission spectrum of the long period fiber gratings based on the coupling of core mode to the higher order cladding modes

The characteristics of the transmission spectrum of the Long-period fiber gratings (LPFGs) based on the coupling of core mode to a higher order cladding mode (HE mode) are investigated using the coupled mode theory. This kind of LPFGs is different from that based on the coupling of core mode to a lower order cladding mode because of the effect of the coupling of core mode to EH cladding mode. When the cladding mode order is higher, the coupling coefficients of core mode to HE and EH cladding modes are comparable and both of the propagation constants of HE and EH cladding modes approach, so the spectrum has an additional loss peak. The bandwidth of LPFG based on the coupling of core mode to different cladding mode differs greatly. With the change of the mode orders from lower to higher, the transmission spectrum changes from narrow to wide and more narrow.     

White light interferometry test and analysis of LiNbO3 polarizer

White light interferometer can be used to measure the amplitude extinction ratio (ER) of polarizer and coupling distribution in fiber. A LiNbO₃ polarizer coupled with a polarization maintaining fiber and a silica planar waveguide at the two ends was measured using white light interferometer. According to the principles of optical coherence domain polarimeter (OCDP) technique, the test scheme is analyzed and presented to measure the ER of LiNbO₃ polarizer with its apparatus proposed correspondingly. By analyzing the interference intensity, both the ER of LiNbO₃ polarizer and its coupling crosstalk with optical fiber and waveguide are obtained. The results illustrate that the ER of a 5 mm-long LiNbO₃ polarizer is 71 dB and the crosstalk of the coupling points are around 40 dB. The results have good agreement with analysis.     

长周期光纤光栅中的包层模谐振

本文给出了光纤中包层模的电场形式,指出包层膜的电场形式与弱导光纤中导模的电场形式不同,对光纤中基模与包层模电场沿光纤横截面分布的重叠情况的分析表明,长周期光纤光栅除了能将HE₁₁导模耦合到HE_1p包层模外,也可以将其耦合到EH_1p包层模。基于耦合模理论的计算表明,耦合到EH_1p和EH_1,p-1包层模的耦合波长相近,对于典型的单模光纤,当p>4时耦合到这两个模式的耦合系数是可比的。