Er(3+)/Yb(3+)高功率双包层光纤放大器的研究

摘要

近年来光纤放大器向大功率、大增益带宽以及低噪声方向发展,以满足密集波分复用系统、光纤CATV系统和空间光通信系统的应用。超大功率、超宽带和参数优化越来越成为光纤放大器追求的目标和国内外关注的焦点。本文根据双包层光纤的结构特点,采用包层泵浦耦合技术,研制了1.55μm的大功率光纤放大器。本文首先从理论上对Er3+/Yb3+共掺双包层光纤放大器进行了设计和优化。采用松弛迭代-RK法求解放大器的速率与功率传输方程,数值分析了在975nm泵浦下,双包层光纤放大器的输出信号功率、增益和噪声特性,讨论了它们随激活光纤长度、输入泵浦功率以及输入信号光功率的关系。总结和分析了现有各种包层泵浦耦合技术的特点,提出在光纤内包层上刻蚀光栅的方法实现侧向包层耦合。运用波导光栅耦合理论,对设计的波导光栅的耦合效率进行了分析。为解决多数泵浦激光器的工作波长与增益介质光纤吸收截面峰值不一致的问题,采用温度调谐和控制注入电流的方式对泵浦源波长进行调谐和锁定,使其工作中心波长接近Yb3+吸收峰975nm处。运用半导体制冷和脉宽调制技术对LD建立严格的温度控制系统,使泵浦源波长的长期稳定性控制在0.3nm内。实验分别测量了放大器在单级和级联放大时的主要性能指标。在单级放大时,泵浦光波长975nm功率为3W,对λ=1552nm的信号光:在Ps=-15dBm时,该放大器的小信号增益在30dB以上,噪声系数为5.2dB;在Ps=5dBm时,大信号增益为18dB,噪声系数为8.4dB。在级联放大状态下,放大器的输出功率达826.7mW,放大器的光-光转换效率达20.6％,而且噪声系数小。完成光纤放大器的模块化设计,并对设计中存在的一些问题提出了改进意见。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤放大器的历史和包层泵浦技术的提出

1.2.1 光纤放大器的发展概况和趋势

1.2.2 包层泵浦技术的提出

1.3 双包层光纤放大器的研究现状与发展趋势

1.3.1 双包层光纤放大器的研究现状

1.3.2 应用动态和发展趋势

1.4 本论文主要工作及创新点

1.4.1 本论文的主要工作

1.4.2 本论文的创新点

第二章 高功率双包层光纤放大器的理论分析

2.1 双包层光纤的几何结构及特点

2.2 内包层截面形状对泵浦光的影响

2.3 Er_(3+)/Yb~(3+)共掺双包层光纤放大器的理论分析

2.3.1 Er~(3+)/Yb~(3+)双包层光纤放大器速率方程的理论分析

2.3.2 信号光和泵浦光功率传输方程的理论分析

2.4 双包层光纤放大器基本特性的数值计算及分析

2.4.1 光纤放大器的基本参数

2.4.2 基本特性的数值计算及主要参数

2.4.3 双包层光纤放大器增益特性分析

2.5 本章小结

第三章 放大器高功率输出的包层泵浦耦合技术研究

3.1 对现有双包层光纤泵浦耦合方式的比较研究

3.2 波导光栅实现包层耦合的原理

3.3 泵浦耦合用波导光栅的设计

3.4 本章小结

第四章 双包层光纤放大器的实验研究

4.1 高功率多模泵浦LD 光纤输出驱动模块设计

4.2 温度调制LD 波长的原理和实验研究

4.3 双包层光纤放大器主要参数实验测量

4.3.1 单级放大光纤放大器的ASE 谱

4.3.2 信号光的放大

4.3.3 单级输出功率与输入信号光功率、泵浦光功率的关系

4.4 级联放大实验

4.5 本章小结

第五章 总结

5.1 课题研究的回顾

5.2 课题研究存在的不足

5.3 课题研究的展望

参考文献

致谢

个人简历