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。     

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     

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。     

抽运光与信号光的光强重叠因子和掺铒玻璃波导放大器的增益特性

在掺铒玻璃波导放大器（EDWA）的三能级速率-传输方程中,考虑两次离子交换工艺中波导掩模窗口宽度w不同所导致的抽运光、信号光模场与光强分布的不同,讨论不同w对EDWA增益特性的影响,得到光强分布的数值解.引入描述波导中抽运光和信号光的归一化光强重叠因子,对EDWA的传统近似解提出修正,得到了修正解,使其更加接近光强分布的数值解.模拟结果表明,在条波导长度为4 cm、抽运光波长为980 nm、功率为80 mW、信号光波长为1534 nm、功率为-10 dBm条件下,不同w所导致EDWA的增益差别可达297 dB.修正解的结果比传统近似解更加接近光强分布的数值解.修正解对于EDWA的理论研究、器件设计具有指导作用. 关键词： 集成光学 掺铒玻璃波导放大器 重叠积分因子 增益     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃(LGS-L)波导放大器设计

就作者自行研制的Er3 + Yb3 + 共掺磷酸盐玻璃 (LGS L) ,用重叠积分方法进行放大器设计。在Er3 + 、Yb3 + 掺杂浓度分别为 1.5 1× 10 2 6ions/m3 、19.1× 10 2 6ions/m3 的情况下可获得 2 .6dB/cm的增益 ;Er3 + 掺杂浓度为2× 10 2 6ions/m3 时 ,在 4cm的器件上可获得超过 15dB的增益。此外 ,讨论了信号光和抽运光光场强度的横向分布与Er3 + 、Yb3 + 横向掺杂浓度分布之间的重叠对放大器增益的影响 ,放大器的最佳长度 ,以及在 980nm抽运下 ,Yb3 + 、Er3 + 掺杂浓度比对放大器增益的影响。     

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。     

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     

智能化掺铒光纤放大器

介绍一种智能化的掺铒光纤放大器(EDFA)技术.基于掺铒光纤的光放大特性与EDFA内外部工作参量(如构成EDFA的元器件参量、泵浦激光参量、输入/输出光信号参量等)的关系,采用智能化处理技术使EDFA能按照外界条件,自动地调整自身工作状态,使之符合应用系统的需要.智能化掺铒光纤放大技术可以使EDFA的应用更灵活,既可用作前置放大,也可用作功率放大或线路放大,同时还带来一些新的特点和优越性能.实验制作的智能化EDFA可以在输入信号小到-40dBm或大到+10dBm即约50dB的宽动态范围内正常工作.     

Er3+,Yb3+共掺磷酸盐玻璃沟道波导放大器

在自行研制的Er3 ，Yb3 共掺磷酸盐玻璃基质上用离子交换方法制作出沟导光波导放大器。在110mW的抽运功率下(抽运光波长为980nm)，在1．8cm长的器件上获得了3．8dB的小信号(信号光波长为1．55μm)增益，单位长度上的增益为2．1dB／cm。     

超短脉冲激光在掺Er3+ 磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er³⁺磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱,成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源,系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明,在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下,写入脉冲能量为1.8μJ时,光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成;写入速度为40μm/s时,光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时,波导横截面对称性较好且折射率修改明显;近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称,导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布,结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^-4.截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.     

Er3+-Yb3+共掺磷酸盐玻璃放大器的大信号增益与量子效率理论分析

研究大信号工作状态下的Er^3 -Yb^3 共掺磷酸盐玻璃波导放大器的增益与量子转换效率。从量子转换效率的定义出发，得出了增益、抽运光功率以及量子转换效率三者之间关系的解析表达式。通过数值求解大信号工作状态下的Er^3 -Yb^3 共掺系统的速率方程与光功率传输方程，讨论了Er^3 浓度、Yb^3 浓度、Yb^3 与Er^3 浓度比率、抽运光功率以及放大器长度等因素对量子转换效率的影响。结果表明提高Er^3 浓度与增加放大器长度均有助于提高量子转换效率，高Er^3 浓度掺杂需要相应的高Yb^3 浓度与之相匹配以减小由于高浓度Er^3 掺杂引起的上转换效应，Yb^3 浓度的提高将降低器件的量子转换效率，Yb^3 -Er^3 浓度之比取1～2较好。     

掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器的理论与实验研究

抽运波长为0.98μm时,考虑合作上转换、交叉弛豫、激发态吸收等上转换机理给出了掺Er及Yb-Er共掺系统的速率方程,并利用二维波导的有限元理论及包含正反向放大的自发辐射的场传输方程,建立了一套分析光波导放大器增益特性的综合理论模型。得到掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器增益与波导长度、抽运功率、掺杂浓度等多个参量的关系,绘制出具有实用性的优化设计曲线。将该理论模型应用于实际制作的Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器,结果与实验数据相符。     

Er3+/Yb3+ Codoped Phosphate Glass for Ion-Exchanged Planar Waveguide Amplifiers

A novel Er3+/Yb3+ codoped phosphate glass was developed, which exhibited good chemical durability in molten salts and excellent spectroscopic properties. Preliminary results of ion exchange at different time and temperature, and with varying melt concentrations indicated that WM4 glass was suitable for ion-exchange experiments and there was no deterioration of surface quality.     

油酸修饰的LaF3: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。     

氟化物对Er3+/Yb3+共掺的碲酸盐玻璃上转换和红外发光性能的影响

Er³⁺/Yb³⁺ 共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中,通过熔融法制备了量比为70TeO₂-（30-x）ZnO-xZnF₂-0.15Er₂O₃-1.5Yb₂O₃（x=0,5,10,15,20）的碲酸盐氧氟玻璃样品,并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明,随着氟化物含量的提高,Er³⁺离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3 μm波段中红外发光得到增强,并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现：碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er³⁺离子的双光子吸收,促进粒子跃迁至相应的高能级;另一方面,引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。     

氟化物对Er~(3+)/Yb~(3+)共掺的碲酸盐玻璃上转换和红外发光性能的影响

Er3+/Yb3+共掺的碲酸盐玻璃由于其良好的上转换发光性能而得到广泛的研究。本文将氟化物引入碲酸盐玻璃中,通过熔融法制备了量比为70TeO2-(30-x)ZnO-xZnF2-0.15Er2O3-1.5Yb2O3(x=0,5,10,15,20)的碲酸盐氧氟玻璃样品,并测试其热稳定性、拉曼光谱以及受激发射光谱。实验结果表明,随着氟化物含量的提高,Er3+离子的410,555,670 nm上转换发光和2~3μm波段中红外发光得到增强,并且红光提高强度比绿光和蓝光更明显。在分析了氟离子引入后对上转换与近中红外波段发光的内在影响机制发现:碲酸盐玻璃系统中的氟化物一方面促进能量传递过程中Er3+离子的双光子吸收,促进粒子跃迁至相应的高能级;另一方面,引入氟化物后的碲酸盐玻璃的最大能量声子态密度下降也是降低无辐射跃迁概率、提高上转换和中红外发射强度的重要原因。