高增益、宽带的集成光波导放大器的研究

摘要

该文首先在理论上分析了集成光波导放大器获得增益的原理,在波长为980nm泵浦光作为泵浦源的条件下,通过解析速率方程和传输方程,对集成光波导放大器的增益特性进行了分析,随后在此基础上提出了获得最大增益的最佳波导长度、最佳波导截面面积、最佳泵浦功率等优化方案,最后引出了Er<'3+>/Yb<'3+>共掺光波导放大器,分析了其增益特性,指出了Er<'3+>/Yb<'3+>共掺技术是高增益集成光波导放大器的发展方向.集成光波导放大器要广泛运用于通信系统,必要条件就是提供足够大的增益带宽.该文首先以新型材料为基础,提出了几种可获得宽带特性的光波导放大器基质;然后进行了采用长周期光栅(LPG)来实现宽带光波导放大器的理论研究及实验模拟;最后类比现在已经较成熟的掺铒光纤放大器,列举了若干适用于光波导放大器的宽带通信的实例.光纤与波导的低损耗耦合是关系到光波导放大器成品增益特性的一个重要方面,该文采用了优化的掩模工艺制作硅Ⅴ型槽;采用正装耦合、紫外胶固化实现光纤与波导的固定;采用模场分析法讨论了获得最小耦合损耗的条件;最后通过实验实现了光纤与波导的低损耗耦合.采用了离子交换的方法在Er<'3+>/Yb<'3+>共掺磷酸盐玻璃基质上制作出了平面波导,用光刻技术制作出了沟道波导;利用m线技术得到了632.8nm波长的激光在离子交换平面光波导中传播的模折射率;得到了632.8nm波长光通过离子交换沟道波导后的近场图.根据实验测得的模折射率,用反WKB方法求出了离子交换平面波导中折射率的横向分布.最后搭建了光波导放大器实验测试台,测量了Ag<'+>、K<'+>、Na<'+>离子交换(交换时间为2小时,交换温度为370℃)Er<'3+>/Yb<'3+>共掺磷酸盐玻璃光波导放大器的增益特性.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1国内外光波导放大器的发展概况

1.1.1光波导放大器的发展史简介

1.1.2光波导放大器的产品研制情况

1.1.3光波导放大器的应用和展望

1.2光波导放大器的分类

1.3本论文的工作

本论文工作的创新之处在于：

第二章高增益掺铒光波导放大器的理论设计

2.1掺铒光波导放大器的速率方程分析

2.2掺铒光波导放大器的增益特性分析

2.3影响掺铒光波导放大器增益的几个因素

2.3.1铒离子浓度对增益特性的影响

2.3.2波导截面面积对增益特性的影响

2.3.3输入信号和泵浦功率对增益特性的影响

2.4铒镱共掺技术对光波导放大器增益特性的改善

2.5不同基质材料的光波导放大器增益特性的研究

第三章宽带光波导放大器的理论设计

3.1新基质材料对增益带宽的扩展

3.2长周期光栅对增益带宽的扩展

3.2.1长周期光栅(LPG)的理论分析

3.2.2长周期光栅(LPG)对EDWA增益平坦的数值模拟

3.2.3长周期光栅(LPG)的设计和制作

3.3实现宽带光波导放大器的其它方法

第四章光波导放大器与光纤的耦合对接

4.1波导与光纤的耦合对接理论

4.2硅V形槽的制作

4.2.1硅V型槽基片的选择

4.2.2硅V型槽的制作工艺

4.3波导与光纤的耦合对接实验

第五章离子交换铒/镱共掺磷酸盐玻璃光波导的制作和测试

5.1铒/镱共掺磷酸盐玻璃光波导的制作工艺

5.1.1离子交换原理

5.1.2铒/镱共掺磷酸盐玻璃光波导的制作

5.2铒/镱共掺磷酸盐玻璃光波导的模场分布特性

5.2.1铒/镱共掺磷酸盐玻璃平面光波导模场分布特性

5.2.2铒/镱共掺磷酸盐玻璃沟道光波导模场分布特性

5.3铒/镱共掺磷酸盐玻璃光波导的增益特性的测试

第六章结论

参考文献

致谢

个人简历

附录