Er(3+)-Yb(3+)高功率雙包層光纖放大器的研究.pdf

1、近年來光纖放大器向大功率、大增益帶寬以及低噪聲方向發(fā)展,以滿足密集波分復(fù)用系統(tǒng)、光纖CATV系統(tǒng)和空間光通信系統(tǒng)的應(yīng)用。超大功率、超寬帶和參數(shù)優(yōu)化越來越成為光纖放大器追求的目標(biāo)和國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。本文根據(jù)雙包層光纖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用包層泵浦耦合技術(shù),研制了1.55μm的大功率光纖放大器。本文首先從理論上對(duì)Er3+/Yb3+共摻雙包層光纖放大器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。采用松弛迭代-RK法求解放大器的速率與功率傳輸方程,數(shù)值分析了在975nm泵浦下

2、,雙包層光纖放大器的輸出信號(hào)功率、增益和噪聲特性,討論了它們隨激活光纖長(zhǎng)度、輸入泵浦功率以及輸入信號(hào)光功率的關(guān)系。總結(jié)和分析了現(xiàn)有各種包層泵浦耦合技術(shù)的特點(diǎn),提出在光纖內(nèi)包層上刻蝕光柵的方法實(shí)現(xiàn)側(cè)向包層耦合。運(yùn)用波導(dǎo)光柵耦合理論,對(duì)設(shè)計(jì)的波導(dǎo)光柵的耦合效率進(jìn)行了分析。為解決多數(shù)泵浦激光器的工作波長(zhǎng)與增益介質(zhì)光纖吸收截面峰值不一致的問題,采用溫度調(diào)諧和控制注入電流的方式對(duì)泵浦源波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧和鎖定,使其工作中心波長(zhǎng)接近Yb3+吸收峰975n

3、m處。運(yùn)用半導(dǎo)體制冷和脈寬調(diào)制技術(shù)對(duì)LD建立嚴(yán)格的溫度控制系統(tǒng),使泵浦源波長(zhǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性控制在0.3nm內(nèi)。實(shí)驗(yàn)分別測(cè)量了放大器在單級(jí)和級(jí)聯(lián)放大時(shí)的主要性能指標(biāo)。在單級(jí)放大時(shí),泵浦光波長(zhǎng)975nm功率為3W,對(duì)λ=1552nm的信號(hào)光:在Ps=-15dBm時(shí),該放大器的小信號(hào)增益在30dB以上,噪聲系數(shù)為5.2dB;在Ps=5dBm時(shí),大信號(hào)增益為18dB,噪聲系數(shù)為8.4dB。在級(jí)聯(lián)放大狀態(tài)下,放大器的輸出功率達(dá)826.7mW,放大器