掺铒光纤激光器输出特性的研究-论文.pdf

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1、I“触术__十f露应用研究掺铒光纤激光器输出特性的研究曹彦鹏’曹素霞z(1．天津商业大学理学院天津300134；2．北京交通大学海滨学院河北黄骅061100)摘要：在一定的条件下，确定了掺铒光纤激光器的最佳光纤长度和激光器两个腔镜的最佳反射率，设计出的光纤激光器的输出特性可以得到优化。根据掺铒光纤激光器的速率方程，对线型腔光纤激光器的输出特性进行了理论分扼得到了光纤激光器在稳态条件下的输出功率，阈值抽运功率和斜率效率的解析表达式。对光纤激光器的输出特性进行了数值模拟，得到了泵浦功率为20mw，饵离子掺杂浓度为400ppm，掺铒光

2、纤长度为1．5m，光纤环形镜反射率为1，光纤光栅反射率为0．5时，光纤激光器的输出功率和斜率效率较大，阈值抽运功率较小。为光纤激光器的优化设计提供了理论依据。关键词：掺铒光纤激光器速率方程输出特性线型腔光纤激光器中图分类号：TN24文献标识码：A文章编号：1007．9416(20l4)07．0043．03Abstraet：Undercertainconditions，theoptimumfiberlengthoferbium—dopedfiber1aser，and1aseroptimumreflectivityofthetWOm

3、irrors，theOUtpntcharacteristicsoffiberlaserdesignscanbeoptimized．Basedontherateequationsapplicabletotheerbium—dopedfiberlaser，acontinuouserbium—dopedfiberlaseroflinearcavityhasbeensmdied,andanalyticalexpressionsonlaseroutputpower，thresholdpumppowerandsiopedfliciencyu

4、nderstationaryconditionhavebeenderived．Thepumppoweris20MW，baitiondopingconcentrationis400ppm，fiberlengthis1．5m，R1is1，t(2is0．5，theoutputcharacteristicscanobtainidea1．Toprovidetheoreticalbasisfortheoptimizationdesignofopticalfiberlaser．KeyWords：erbium—dopedfiber1aserra

5、teequationoutDUtcharacteristicsfiberlaseroflinearcavity1引言子跃迁回E时便产生受激辐射，从而产生激光。掺铒光纤激光器具有很多突出的优点，其辐射波长与通信光纤典型的光纤激光器如图2所示由三部分组成【5]：产生光子的增益低损耗窗口相匹配，可用带宽较宽，因此掺铒光纤激光器有相当多介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振的可调谐参数和选择性；而且具有高效率低阈值，小型化，易与传输腔、激发增益介质的泵浦源。增益介质为掺铒离子的纤芯。当泵浦光光纤耦合等优点【l】。因而它

6、在光纤通信、光纤传感等领域具有重要从反射镜1入射到掺铒光纤中时，会被铒离子吸收。吸收了光子能量的应用前景。的铒离子会发生能级的跃迁，实现“粒子数反转”，反转后的粒子经当然，要使激光器处于最佳的工作状态，必须对激光器的主要弛豫后会以辐射形式再从激发态跃迂回到基态，并发出光，从反射参数和谐振腔等进行优化设计。文中对掺铒光纤激光器的输出功镜2输出。率、阈值功率、斜率效率与掺铒光纤长度、反射率之间的关系进行理2．2掺铒放大器速率方程论分析，并给出其相对应的理论表达式。这对掺铒光纤激光器的优泵浦波长为980rim时，可以看作一个三能级系统

7、。设总的化设计具有指导意义。Er3+的浓度为P，基态粒子浓度为，亚稳态粒子浓度为Ⅳ2，激发态粒子浓度为，由于从激发态到亚稳态的跃迁基本上都是非辐2理论分析射跃迁，并且跃迁速率非常大，因此Ⅳ10[6-7】，则2．1器件结构和模型_ⅣI+Ⅳ2=P(1)掺铒光纤激光器的能级结构(如图1)。在稳态时有，三能级系统的粒子数分布满足以下等式：掺铒光纤属于三能级系统【3叫】，图1给出了与掺铒光纤激光器fff一(+)W+y21R+l{ff(EDFL)泵浦和增益有关的能级图和相关的跃迁过程。E为激光基态，为亚稳态，为泵浦能级。由于基态能级粒子受到

8、外界泵IlⅣ2ll一(W+Y2-)：1．1Ⅳ2I。0(2)浦的作用，吸收了外来的能量，从E被抽运到。跃迁到上的粒Ⅳ3jlR0__(十一十Jl子在该能级停留的时间很短，很快无辐射跃迁到能级上。E上粒式中表示亚稳态向基态的跃迁几率，，，激发态到亚稳态的自发发射因子，