光信号放大在光纤中如何实现的

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1、第九章——光信号放大在光纤中如何实现的?哈尔滨工程大学理学院光子科学与技术研究中心2007年3月第九章——光信号放大在光纤中如何实现的?光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。•半导体光放大器的优点是：小型化，容易与其他半导体器件集成•半导体光放大器的缺点是：性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小，因而得到广泛应用。掺稀土离子光纤放大器光纤布里渊放大器光纤拉曼放大器掺Er3+光纤放大器(EDFA)掺Yb3+光纤放大器掺Tm3+光纤放大器掺Pr3+光纤放大器分立式光纤拉曼放

2、大器分布式光纤拉曼放大器第九章——光信号放大在光纤中如何实现的?光纤放大器光纤放大器的实质是：把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光纤激光器。20世纪80年代末期，波长为1.55μm的掺铒(Er)光纤放大器(EDFA：ErbiumDopedFiberAmplifier)研制成功并投入实用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。第九章——光信号放大在光纤中如何实现的?第九章——光信号放大在光纤中如何实现的?9.1掺铒光纤9.2掺铒光纤放大器9.3光纤放大器的结构9.4掺铒光纤放大器的实验9.1掺

3、铒光纤9.1.1稀土掺杂光纤简介9.1.2掺铒光纤特性9.1.3掺铒光纤的制作9.1.1掺铒光纤——稀土光纤简介稀土元素包括15种元素，在元素周期表中位于第五行。目前比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有Er3+(铒)、Nd3+(钕)、Pr3+(镨)、Tm3+(铥)、Yb3+(镱)。掺铒(Er3+)光纤在1.55m波长具有很高的增益，正对应低损耗第三通信窗口，由于其潜在的应用价值，掺铒(Er3+)光纤激光器发展十分迅速。掺镨光纤放大器工作在1.31μm波段。Yb3+具有相当宽的吸收带(800—1064nm)以及相当宽的激发带(970—1200

4、nm)。9.1.1掺铒光纤——稀土光纤简介掺铥(Tm3+)光纤激光器的激射波长为1.4m波段，也是重要的光纤通信光源。掺钬(Ho3+)光纤激光器,工作波长在2.1m,由于水分子在2.0m附近有很强的中红外吸收峰，对邻近组织的热损伤小、止血性好，且该波段对人眼是安全的，故在医疗和生物学研究上有广阔的应用前景。9.1.2CharacteristicofEDFPUMPPHOTON980nmTRANSITIONMETASTABLESTATESIGNALPHOTON1550nmSTIMULATEDPHOTON1550nmFUNDAMENTALST

5、ATEFUNDAMENTALSTATEEXCITEDSTATE9.1.2CharacteristicofEDF9.1.2CharacteristicofEDFExperimentallymeasuredabsorptionspectrumofanEr3+-dopedgermano-alumino-silicafiber.Theabsorptioninthe400~600nmregionhasbeendividedbyafactorof10.Thesmalloscillatorystructurenear1100nmcorrespondstot

6、hecutoffofthesecond-ordermodeofthefiber.9.1.2CharacteristicofEDFComparisonoftheshapeofthemeasuredstimulatedemissioncrosssectionwiththatcalculatedfromtheabsorptioncrosssectionusingtheMcCumbertheory.9.1.2CharacteristicofEDFRoom-temperaturefluorescencelifetimemeasuredat1.55μmf

7、orErinasilicaglassfiberandabulksampleofCPG(calciummetaphosphate)glass.9.1.3掺铒光纤制造铒离子比硅原子大很多，因而不太溶于硅中，难以达到高掺杂浓度，以实现在短长度光纤上获得高增益。一般掺适量Al2O3，使掺铒浓度高达1000ppm（每百万）的掺杂浓度。掺铒光纤可以改善其荧光谱特性（宽度、形状和波长范围）。9.1.3EDFFabricationVADOVDRefractiveindexprofilesofconventionalcommunicationsfiber,wi

8、ththerefractiveindexdifferenceshownrelativetoundopedsilica(thefibertypesareindicat