掺铒聚合物狭缝波导放大器的增益特性研究（英文）

设计了一种高浓度稀土铒掺杂聚合物填充硅狭缝结构的平面光波导放大器(工作波长1 550 nm,泵浦波长1 480 nm),能够在低泵浦下获得高增益,可以应用于硅基光互联的损耗补偿。通过扫描电镜照片观察发现,合成的铒掺杂聚合物材料具有良好的纳米狭缝填充能力。考虑铒离子的合作上转换和激发态吸收,利用铒离子四能级跃迁模型,建立原子速率方程和光功率传输方程,数值仿真分析了聚合物光学性质、狭缝波导结构参数及信号光泵浦光功率等放大器增益特性的影响因素。这种具有纳米截面尺寸的光波导放大器,获得4.5 d B的信号光相对增益仅需要1.5 m W的泵浦光,展现了良好的集成光学应用前景。为了进一步提高增益,引入了多层狭缝结构,四层狭缝波导的重叠积分因子比一层狭缝的高42%。     

掺铒聚合物狭缝波导放大器的增益特性研究

设计了一种高浓度稀土铒掺杂聚合物填充硅狭缝结构的平面光波导放大器（工作波长1 550 nm,泵浦波长1 480 nm）,能够在低泵浦下获得高增益,可以应用于硅基光互联的损耗补偿。通过扫描电镜照片观察发现,合成的铒掺杂聚合物材料具有良好的纳米狭缝填充能力。考虑铒离子的合作上转换和激发态吸收,利用铒离子四能级跃迁模型,建立原子速率方程和光功率传输方程,数值仿真分析了聚合物光学性质、狭缝波导结构参数及信号光泵浦光功率等放大器增益特性的影响因素。这种具有纳米截面尺寸的光波导放大器,获得4.5 dB的信号光相对增益仅需要1.5 mW的泵浦光,展现了良好的集成光学应用前景。为了进一步提高增益,引入了多层狭缝结构,四层狭缝波导的重叠积分因子比一层狭缝的高42%。     

掺铒光纤非线性耦合器的实验研究

提出一种耦合参量可用光调控的掺铒光纤非线性耦合器.用熔融拉锥法熔合两根掺铒光纤,拉制成工作波长为155nm的3dB掺铒光纤耦合器.通过调变输入耦合器一臂的980nm泵浦光功率,可以改变两臂的传播常量差,从而改变耦合器两臂信号光的相对输出功率.通过测量输入泵浦光功率和两臂信号光输出功率,得到直通臂耦合比依赖于泵浦光功率的实验曲线.实验研究表明,当泵浦光功率从0 mW变化至20 mW时,耦合比的变化可达到40％.与理论模拟的结果一致.     

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。     

拉曼放大辅助波长可选择的全光开关

使用3-dB耦合器组成M-Z干涉仪,在M-Z干涉仪的一臂加入高非线性光纤(HNLF)组成的反向拉曼放大器,改变放大器的泵浦波长及强度,可实现波长可选择的全光开关。其功能可用于波分复用(WDM)系统,对不同波长的上、下载选择有很大的应用意义。理论分析了实现这一功能的可行性和参数选择,考虑拉曼放大并伴有交叉相位调制(XPM)引起信号光的相移,推导分析了在引入放大的同时又引入相移,怎样选择放大和相位匹配问题,来实现波长可选择的光开关的要求。     

掺铒光纤激光放大的实验研究

使用自行研制的掺铒光纤维进行了光纤激光放大实验.以Ar~+激光作泵浦,在1.52 μm波长上实现了光放大,增益达10dB以上.绘出了有关掺铒光纤及其光放大的若干实验数据.     

利用自制的单频激光器获得近通讯波段正交振幅压缩态光场

利用自制的1.34 μm和0.67 μm双波长输出单频激光器作为泵浦源,泵浦基于PPKTP晶体的光学参量放大器,通过边带锁频技术将光学参量放大腔腔长锁定在激光频率上,将泵浦光和信号光相对相位锁定在π相位,经参量缩小过程获得低于散粒噪声极限约3 dB的正交振幅压缩光.压缩光位于光纤通信窗口——1.3 μm波段.     

掺铒光纤放大器中上转换过程的影响

掺杂浓度的提高影响了掺铒光纤放大器(EDFA)的性能,对经典Giles模型提出了新的要求。首先研究了高掺杂下铒离子距离较小引起的上转换过程的机理,通过优化速率方程模型分析了上转换过程对EDFA的影响,得出了在泵浦光和信号光远远大于ASE光的假设下泵浦光和信号光沿光纤长度变化的近似表达式,并将该近似分析解与解析解进行了比较。仿真结果表明上转换过程会降低随光纤传输的信号光和泵浦光,影响EDFA的放大性能,并得出了当掺铒浓度大于2.95×1025m-3时,上转换过程的影响不能忽略的结论。     

运用泵浦耦合器和飞秒刻蚀光栅制作的全光纤化掺铥光纤激光器(英文)

全光纤化掺铥光纤激光器作为光学参量振荡器的泵浦源,可以实现3～5μm激光输出,在激光雷达和光电对抗领域有着极为重要的应用前景.本文运用全国产化的泵浦光耦合器和双包层掺铥光纤实现了全光纤化掺铥光纤激光器.该光纤激光器采用自制的光纤布喇格光栅作为反射腔镜,增益光纤采用水冷的方式.光纤布喇格光栅通过45fs、800nm的飞秒脉冲光和相位掩模板直接在双包层掺铥光纤上刻蚀得到,泵浦光通过泵浦光耦合器的一端耦合进入增益光纤,产生的激光由泵浦光耦合器的另一端输出.输出激光的最高功率达到22.2W,激光波长为1.96μm,斜率效率约为37%,激光线宽为72.4pm.     

915nm泵浦混合掺铒/铒镱共掺双包层光纤放大器

研究了一种混合掺铒/铒镱共掺光纤放大器,用掺铒光纤放大器作为输入信号的预放大器,用铒镱共掺双包层光纤放大器作为主放大器。掺铒光纤放大器采用20m长掺铒光纤作为增益介质,采用最大输出功率318mW的单模半导体激光器二极管作为泵浦源,预放大器获得的最大输出功率是113mW。铒镱共掺光纤放大器采用14m长铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,采用2个915nm多模半导体激光二极管作为泵浦源,在输入信号功率为10mW、信号波长1555nm时,混合光纤放大器获得了最大输出功率为32.04dBm,即1.6W,与此相应的混合光纤放大器的光-光转换效率为18.5%。     

基于喇曼/掺铒光纤混合放大的长距离布喇格光栅传感器系统

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.本方法基于双向喇曼放大和双掺铒光纤结构,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,为第二段掺铒光纤之后的远处布喇格光栅传感器提供光以及补偿由于长距离传输造成的光纤损耗.实验显示传感器系统的性能得到显著提高.使用功率为240 mW的单个普通泵浦,分布在50 km光纤上的FBG均可获得15 dB的良好信噪比,比混合放大前提高了10 dB.     

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.     

1064nm波长双向泵浦的S波段掺铥石英光纤放大器

研究了1 064 nm波长双向泵浦的掺铥石英光纤放大器（TDSFA）,测量了信号开关增益随泵浦功率和信号波长的变化情况.在最大入纤功率1 400 mW泵浦下,放大器在1 485~1 517 nm的较宽范围内具有放大能力,最大增益3.76 dB.分析表明,弱的基态吸收和强的激发态吸收限制了放大器增益的进一步提高,表明上转换泵浦的TDSFA是可行的.     

980nm泵浦的掺铒光纤放大器实验研究

10m长的铒掺杂光纤在980nm波长半导体激光器泵浦下,获得了对1.55μm波长的入射光信号的放大作用。当入射光信号功率为-22dBm而泵浦功率为9.3mW时,放大器的增益为15dB.     

基于遗传算法的少模光纤放大器增益均衡

根据少模掺铒光纤放大器的放大理论,对四模式复用信号和五模式复用信号进行增益仿真研究。通过遗传算法分别优化三层掺铒的四模式群组少模光纤放大器和四层掺铒的五模式群组少模光纤放大器。仿真优化的结果表明,利用980 nm的两模式复用泵浦并以芯层泵浦前向抽运的方式对1550 nm四模式复用信号进行放大,得到的信号各模式的平均增益为24.48 dB,模间增益差值为0.103 dB;以980 nm三模式复用泵浦并对五模式复用信号进行放大,得到的信号各模式的平均增益为23.31 dB,模间增益差值为0.016 dB。通过优化泵浦模式组合及光纤掺杂结构,提高了四模式群组与五模式群组少模光纤放大器在C波段的增益性能。     

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。     

基于硅波导的喇曼光放大器

在硅波导上添加反向偏压的PIN结构,当波导产生受激喇曼散射时,可以将波导中双光子吸收(TPA)产生的光生自由载流子扫出波导,降低了波导的非线性损失,极大地提高了硅波导中泵浦光对信号光的喇曼增益。为了应用已经非常成熟的硅工艺,并且应用硅波导使器件小型化,根据法布里-帕罗(F-P)腔和行波放大器理论,在硅波导两端的解理面蒸镀增透膜,应用这种波导的喇曼效应设计了一种光放大器,即基于硅波导的喇曼光放大器。建立了计算放大器增益的方程,给出了不同波导长度和输入功率情况下的放大器增益,得出适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论。基于硅的光放大器有较高的饱和功率且没有泵浦源的限制,通过调整泵浦激光的波长可以放大不同波长的信号光。     

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。     

铒镱共掺微环谐振器的放大特性分析

对铒镱共掺微环谐振器的放大特性进行了理论分析,给出了器件的传递函数和功率增益的公式.在抽运光波长为0.98 μm、信号光中心工作波长为1.55μm的情况下,分析了抽运光功率、信号光功率、铒镱掺杂浓度、微环与信道间的振幅耦合比率对放大器放大特性的影响,给出了上下信道的传输光谱,并对其结构进行了优化设计.模拟结果表明,与同等长度的直条形铒镱共掺波导放大器相比,该器件町获得更高的信号光增益,选取Ppo=8 mW,Pso=36.5μw,NEr=1×1026m-3,NYb=3×1027m-3时,该器件可容易地获得11.6 dB以上共至高达60 dB的信号光功率增益.这种强放大功能的铒镱共掺微环谐振型放大器,将更有利于器件在尺寸上的小型化、集成化.     

自放大结构分布反馈光纤激光器输出特性

在光敏性掺铒光纤上制作了45mm长非对称相移结构光纤光栅,构成前后向功率输出比大于100∶1的分布反馈光纤激光器.利用一定长度的掺铒光纤吸收有源相移光栅后的剩余泵浦光,实现了对前向输出激光信号的放大,并采用OptiSystem软件模拟了掺铒光纤长度与增益的关系.为了保持输出激光的窄线宽和低噪音特性,利用布喇格波长与激光相同的光纤光栅和光纤环行器构成光窄带滤波器,对放大后激光信号的ASE噪音进行滤除.研究表明:所设计的激光器结构充分利用了泵浦光,在300mW的(980nm)泵浦功率下获得了功率为32.5mW,线宽为11.5kHz,相对强度噪音为-87dB/Hz的激光输出.