大功率er-yb共掺双包层光纤放大器的研究制

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1、摘要掺饵光纤放大器(EDFA)具有噪声低、增益高、带宽大、抽运效率高和工作性能稳定等优点，广泛地应用于各种光通信系统特别是波分复用(WDM)系统中。但随着WDM系统传输信道的不断增加，传输码速的不断提高和传输距离的不断增加。当EDFA在WDM系统中用作级联放大时，EDFA增益谱的不平坦会逐渐累积放大，严重影响系统性能，因此要求WDM系统中的EDFA具有恒定且的增益、很宽的动态范围、平坦的动态增益谱。3+3+3+3+ErYb共掺双包层光纤放大器是对EDFA的一种改进，它把ErYb共掺双包层光纤作为增益介质代替EDFA的掺铒光纤，同时由于它的内包层直径较大，因此可采用多模

2、激光器进行抽运，采用嵌入反射镜式侧向耦合方式，不仅能在较短的光纤得到很大的输出光功率，同时也可以对几根光纤同时进行抽运，得到放大的输出信号。本文第一章首先简要的回顾了光纤放大器的发展历史，介绍了光纤放大器的类型、通信系统中光纤放大器的发展方向以及它的最新进展；第二章介绍了双包层的结构，内包层结构的优化，光纤参数的理论计算和构成光纤的材料以及掺Yb做为敏化剂的作用；第三章主要介绍了目前常用的几种包层抽运耦合方式，并对耦合效率和最佳耦合方式进行了理论分析；第四章介绍了共掺双包层光纤放大器的结构，以及它所需器件3+3+3+3+和选取器件的原则。对ErYb进行能级分析得到了E

3、rYb离子速率方程和动态光功率的传输方程，并根据以上几章的分析对共掺双包层光纤放大器进行优化设计得出结论。本文着重研究了采用侧向嵌入反射镜式抽运耦合方式时，信号光在Er-Yb共掺双包层光纤中的放大特性，输入抽运功率为4W,信号功率为100mW时，获得了约1.7W的放大的光信号输出。3+3+关键词：双包层光纤ErYb共掺耦合效率速率方程纤芯直径数值孔径IAbstractOpticalfiberamplifiersarepromisingdevicestobeusedinrealizingthedirectin-lineamplificationofopticalsign

4、alsinopticalfibercommunicationsystems.EDFA(Erbium-DopedFiberAmplifiers)ownsthepropertiesoflowernoise,highgain,widebandwidth,highpumpefficiencyandstableworkperformance.It'susedwidelyinthelong-haulopticalcommunicationsystems,especiallyinWDM(WavelengthDivisionMultiplexing)opticalfibercommu

5、nicationsystems.However,withtheincreaseofthetransmissionchannelsandtheenhancementofthetransmissionbitrateandtheincreaseofthetransmissiondistanceintheWDMopticalfibercommunicationsystems,constantgainoverawidespectralrangeinEDFAsisrequiredforWDMapplications.Inordertogethighpoweroperation,i

6、tisnecessarytousehigherbiumconcentrationandadouble-cladfiber.Howevertheion-ioninteractionswhichcausespair-inducedup-conversiondepletestheerbiummetastablelevelandlowerstheefficiencyforconcentrationaboveafewhundredpartspermillion(ppm)ofEr.Ameansofaddressingthisissueisbyco-dopingtheErdoped

7、fiberwithYb.ThepresenceofYbreducestheformationofErclustersandreducestheup-conversionratefromsignificantly.Thisallowshigherbiumdopinglevelneededforahighgainamplifier.Inaddition,anenergytransferfromYbtoErprovidesanefficientindirectpumpingmechanismofErions.Thisenergytransfermechan