铒镱共掺光波导放大器增益特性的仿真与研究

摘要

随着现代光纤通信和集成光电子学的发展，铒镱共掺光波导放大器已成为研究热点。铒镱共掺光波导放大器具有制造成本低、单位长度增益高、易于集成等优点，而且它能够非常容易地与其他损耗器件集成在一起,从而为集成光路引进了多种有源元件。凭借这些优势,铒镱共掺光波导放大器必将在光通信领域发挥越来越大的作用。然而，集成光波导放大器要求的较高的掺铒浓度导致了协同上转换效应的发生，从而降低了放大器的增益。减小这些效应的一个有效方法是同时掺入敏化剂离子镱，铒镱共掺光波导放大器的泵浦效率提高了，增益特性得到了改善。
　　从铒镱共掺磷酸盐光波导的能级结构和离子跃迁过程出发，围绕铒镱共掺磷酸盐光波导放大器的稳态特性，结合放大器稳态速率方程与传输方程，对铒镱共掺磷酸盐光波导放大器的主要性能参数作了理论分析，并深入探讨了影响放大器正常工作的因素。
　　用龙格－库塔算法对光波导放大器的稳态速率方程和传输方程进行了求解，用数值的方法模拟了铒离子浓度、镱离子浓度、以及波导长度、能级粒子数等因素对波导增益的影响。深入研究了泵浦功率，铒镱离子浓度与波导增益之间的关系。通过仿真，模拟出了最佳波导长度，最佳的铒镱离子浓度，并从能级粒子数出发，探讨了出现最佳波导长度和最佳铒镱离子浓度的原因，以及铒离子的能级三和能级四的粒子数在进行分析和运算时可以忽略掉的原因。接着分析了改善波导放大器增益特性的方法，也提出了如何减小合作上转换对波导增益的影响。最后结合波导噪声方程，通过数值模拟仿真，给出了波导中噪声与增益的关系，并对此现象进行了理论上的分析，同时还提出了如何在满足波导增益的情况下减小波导噪声的影响。

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第一章 绪论

1.1集成光学的发展背景

1.2 集成光学的优点

1.3掺铒光波导放大器简介

1.4 铒镱共掺光波导放大器的发展状况

1.5 本论文的工作

第二章 光波导的结构和分类

2.1光波导的结构

2.2制备通道光波导的工艺

2.3光波导的损耗、散射和光损伤

2.4 本章小结

第三章 光波导理论

3.1导波原理

3.2三维波导理论

3.3 本章小结

第四章 光波导放大器增益特性的仿真与研究

4.1铒镱共掺光波导放大器的能级结构及速率方程求解

4.2 光波导放大器的传输方程

4.3光波导放大器仿真时所用到的参数

4.4铒镱共掺光波导放大器特性的仿真和性能优化

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

致谢

参考文献

附录

在学期间的研究成果