摻雜光纖放大器

容量大、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在高速通信網(wǎng)的主要干線。的傳輸距離放置再生中繼器，以補(bǔ)償色散與損耗對光信號的劣化作用。然而，"光一電一光"，轉(zhuǎn)換的再生中繼器設(shè)備昂貴、穩(wěn)定性差及傳輸容量小等缺點(diǎn)，光放大器(Optical Amplifier，OA)的和實(shí)用化解決了上述問題，而且克服了傳統(tǒng)通信的"電子瓶頸"效應(yīng)，對傳輸信號的格式和速率均的透明性，而且解決了衰減對光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率與傳輸距離的限制，使得整個光纖通信傳輸系統(tǒng)簡單和靈活。，光放大器的對光纖通信的發(fā)展了舉足輕重的作用，被譽(yù)為光纖通信發(fā)展的"里程碑"。

信號放大的全光放大器，可以高增益、寬帶寬、低噪聲、低損耗的全光放大功能，而且它傳輸線路耦合損耗低、與光偏振狀態(tài)無關(guān)、對傳輸信號的格式和比特率透明性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件。稀土金屬離子激光工作物質(zhì)的放大器。將激光工作物質(zhì)摻與光纖芯子即摻雜光纖。

直到20世紀(jì)80年代中期，英國南安普頓大學(xué)在摻鉺(Er3+)光纖中重大使得稀土摻雜光纖放大器更實(shí)用性，顯示出誘人的應(yīng)用前景。隨后，摻稀土元素的光纖放大器也了的發(fā)展。摻稀土元素的光纖放大器，增益高、摻雜濃度高、長度短的特點(diǎn);與龐大的光纖通信系統(tǒng)和光纖系統(tǒng)相比，其所使用的光纖較短，故而也稱為集總式光纖放大器。

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)信號光纖芯時(shí)，激發(fā)態(tài)上的粒子在外來信號光的作用下產(chǎn)生受激輻射，輻射疊加到外來信號光上而放大。較多的主要是摻鉺(Er3+)、鐠(Pr3+)、銩(Tm3+)、釹(Nd3+)和鐿(Yb3+)的光纖放大器及激光器，圖1給出了光纖的損耗譜和摻雜光纖放大器的放大譜范圍【2】。分支，它的工作波長位于光纖的低損耗窗口1550nm波段。

放大器，的增益，轉(zhuǎn)向氟基玻璃、磷酸鹽玻璃、碲基玻璃等基質(zhì)的。，鉍酸鹽玻璃基質(zhì)摻鉺光纖放大器稱為當(dāng)前寬帶摻鉺光纖放大器的熱點(diǎn)【3】。除此之外，表明在摻鉺光纖中摻雜鋁離子、鐿離子等也能增益。

后十幾年來光通信與EDFA，均發(fā)展。EDFA與其它放大器，輸出功率大、增益高、上作帶寬寬、與偏振無關(guān)、噪聲系數(shù)低、放大特性與系統(tǒng)比特率及數(shù)據(jù)格式無關(guān)、無串?dāng)_等優(yōu)點(diǎn)，己大容量、高速率光纖通信系統(tǒng)中可缺少的關(guān)鍵器件。EDFA在光纖通信系統(tǒng)中可以前置放大器、功率放大器、線路放大器和在本地網(wǎng)絡(luò)LAN中應(yīng)用。在常規(guī)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中應(yīng)用，可以省去的光中繼機(jī)，而且中繼距離也大為，這長途光纜干線系統(tǒng)意義。

摻稀土元素光纖中的光放大效應(yīng)，它們的發(fā)展密不可分。領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)中，美國光學(xué)公司AT&T、英國南安普頓大學(xué)的電子工程程系和物理系、英國通信實(shí)驗(yàn)室(BTRL)等都扮演了的角色，其它在領(lǐng)域內(nèi)發(fā)表過的機(jī)構(gòu)還有惠普、德國漢堡的技術(shù)大學(xué)、日本NTT、Hoya、住友、三菱，Poaroid Coupration、斯坦福大學(xué)和GTE、法國Alcatel等。國內(nèi)從20世紀(jì)80年代末和90年代初。上海硅酸鹽所、北京建材所、天津46所及武漢郵電院等都了摻鉺光纖的研制。在清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、武漢郵電科學(xué)院、南開大學(xué)及上?？萍即髮W(xué)、華南師范大學(xué)等也開始了光纖放大器和光纖激光器的，并了階段性的。

光纖通信系統(tǒng)工作在兩個低損耗窗口:1.55μm波段和1.31μm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。

摻稀土元素的光纖放大器是利用光纖中摻雜稀土元素(如餌和鈦等)，引起增益而實(shí)現(xiàn)光放大的。其優(yōu)點(diǎn)是工作波長恰好落在光纖通信的最佳波長區(qū)(1.3~1.6μm)，結(jié)構(gòu)簡單，與線路的耦合損耗很小，噪聲低，增益高，頻帶寬，與光纖偏振狀態(tài)無關(guān)，所需泵浦功率也較低。

使用最多的是摻鉺光纖放大器(EDFA)，其工總波長在1530~1560nm之間，也可增益位移使其工作在1570~1610nm。另外摻銩放大器(TDFA)其一個增益帶在1480~1510nm，是作為通信窗口中S-band的較理想放大器。還要1310nm的摻鐠放大器以及1060nm附近的摻鐿放大器等等。

隨著摻雜光纖放大器發(fā)展越來越成熟,功能越來越全面,同時(shí)長距離光通信傳輸系統(tǒng)的要求也越來越高,摻雜光纖放大器發(fā)展的主要方面為:(1)寬帶化隨著EDM/DWDM的發(fā)展,要求光纖放大器具有更寬的帶寬,從C波段擴(kuò)展到L波段或S波段,目前已出現(xiàn)了C+L波段寬帶放大器,甚至不久將出現(xiàn)C+L+S超寬帶光纖放大器。以滿足光纖通信傳輸?shù)男畔⑷萘坎⒀娱L光纖通信的傳輸距離。(2)集成化隨著光纖放大器的功能愈來愈完善,除了增益平坦外,各個廠家還相繼推出包括自動增益控制(AGC)、自動功率控制(APC)、自動泵浦電流控制(APCC)和自動泵浦功率控制(APPC)在內(nèi)的功能集成化光纖放大器。這些光纖放大器還能自動調(diào)節(jié)工作狀態(tài),滿足不同的需要。同時(shí),要求光纖放大器體積最小化,降低成本,使各種摻雜光纖放大器盡早投入市場。

目錄

目錄

第一章 緒論

第一章 緒論

1.1 引言

1.1 引言

1.2 光纖激光器件的應(yīng)用:

1.2 光纖激光器件的應(yīng)用:

1.3 光放大器的發(fā)展歷史

1.3 光放大器的發(fā)展歷史

1.4 幾種主要的摻雜光纖放大器

1.4 幾種主要的摻雜光纖放大器

1.4.1 摻鉺光纖放大器

1.4.1 摻鉺光纖放大器

1.4.2. 摻銩光纖放大器

1.4.2. 摻銩光纖放大器

1.4.3. 摻Pr光纖放大器

1.4.3. 摻Pr光纖放大器

1.4.4 鉺鐿共摻的光纖放大器

1.4.4 鉺鐿共摻的光纖放大器

1.4.5 不同摻雜光纖放大器放大波段

1.4.5 不同摻雜光纖放大器放大波段

1.5 摻雜光纖放大器的發(fā)展方向

1.5 摻雜光纖放大器的發(fā)展方向

1.6 寬帶摻雜光纖的發(fā)展

1.6 寬帶摻雜光纖的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第二章 摻鐿光纖放大器的基本理論

第二章 摻鐿光纖放大器的基本理論

2.1 鐿離子的能級結(jié)構(gòu)和發(fā)射，吸收譜

2.1 鐿離子的能級結(jié)構(gòu)和發(fā)射，吸收譜

2.2 摻鐿光纖放大器的發(fā)展方向

2.2 摻鐿光纖放大器的發(fā)展方向

2.3 摻鐿光纖放大器的研究進(jìn)展

2.3 摻鐿光纖放大器的研究進(jìn)展

2.4 摻鐿光纖的制備

2.4 摻鐿光纖的制備

2.5 雙包層摻鐿光纖的結(jié)構(gòu)

2.5 雙包層摻鐿光纖的結(jié)構(gòu)

2.6 光纖放大器的一些基本概念

2.6 光纖放大器的一些基本概念

2.7 摻鐿光纖放大器的其他元件

2.7 摻鐿光纖放大器的其他元件

2.8 摻鐿光纖放大器的關(guān)鍵技術(shù)

2.8 摻鐿光纖放大器的關(guān)鍵技術(shù)

2.9 摻鐿光纖放大器的基本原理

2.9 摻鐿光纖放大器的基本原理

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第三章 摻鐿光纖放大器的理論研究

第三章 摻鐿光纖放大器的理論研究

3.1 雙波長泵浦下?lián)借O光纖放大器的研究

3.1 雙波長泵浦下?lián)借O光纖放大器的研究

3.1.1 理論分析

3.1.1 理論分析

3.1.2 數(shù)值分析

3.1.2 數(shù)值分析

3.1.3 結(jié)論

3.1.3 結(jié)論

3.2 雙程摻鐿光纖放大器的研究

3.2 雙程摻鐿光纖放大器的研究

3.2.1 引言

3.2.1 引言

3.2.2 理論分析:

3.2.2 理論分析:

3.2.3 數(shù)值模擬

3.2.3 數(shù)值模擬

3.2.4 結(jié)論

3.2.4 結(jié)論

3.3 四程摻鐿光纖放大器

3.3 四程摻鐿光纖放大器

3.3.3 數(shù)值分析

3.3.3 數(shù)值分析

3.3.4 分析與優(yōu)化

3.3.4 分析與優(yōu)化

3.3.5 結(jié)論

3.3.5 結(jié)論

3.4 級聯(lián)雙程摻鐿光纖放大器的增益特征和優(yōu)化

3.4 級聯(lián)雙程摻鐿光纖放大器的增益特征和優(yōu)化

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第四章 百兆赫高頻脈沖列的摻鐿光纖放大

第四章 百兆赫高頻脈沖列的摻鐿光纖放大

4.1 信號光耦合效率的測量

4.1 信號光耦合效率的測量

4.2 泵浦光耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

4.2 泵浦光耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

4.3 設(shè)計(jì)的泵浦光的耦合系統(tǒng)

4.3 設(shè)計(jì)的泵浦光的耦合系統(tǒng)

4.4 摻鐿光纖放大器的實(shí)驗(yàn)裝置

4.4 摻鐿光纖放大器的實(shí)驗(yàn)裝置

4.5 對連續(xù)光放大的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.5 對連續(xù)光放大的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.6 百兆赫茲脈沖列的放大

4.6 百兆赫茲脈沖列的放大

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第五章 摻鐿光纖超熒光光源的實(shí)驗(yàn)

第五章 摻鐿光纖超熒光光源的實(shí)驗(yàn)

5.1 引言

5.1 引言

5.2 超熒光光纖光源的基本結(jié)構(gòu)和特征

5.2 超熒光光纖光源的基本結(jié)構(gòu)和特征

5.3 摻鐿光纖超熒光光源的理論描述

5.3 摻鐿光纖超熒光光源的理論描述

5.4 摻鐿超熒光光源的發(fā)展方向和進(jìn)展

5.4 摻鐿超熒光光源的發(fā)展方向和進(jìn)展

5.5 摻鐿超熒光光源的實(shí)驗(yàn)

5.5 摻鐿超熒光光源的實(shí)驗(yàn)

5.5.1 實(shí)驗(yàn)一 1.7米左右的摻鐿光纖超熒光光源

5.5.1 實(shí)驗(yàn)一 1.7米左右的摻鐿光纖超熒光光源

5.5.2 實(shí)驗(yàn)二 9米左右的摻鐿光纖的超熒光光源

5.5.2 實(shí)驗(yàn)二 9米左右的摻鐿光纖的超熒光光源

5.5.3 結(jié)論

5.5.3 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

第六章 總結(jié)

第六章 總結(jié)

劉雁在攻讀博士期間發(fā)表論文目錄

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劉雁個人簡歷

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致謝

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