高吸收锗硅酸盐掺铋光纤及其增益性能研究

目前基于掺铒光纤放大器（EDFA）的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段（1524～1625 nm）。在E+S波段,锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽,具有重要研究价值,但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺铋光纤,其使用长度得到大大缩短,同时具有高增益。基于前向泵浦结构测试了掺铋光纤的增益性能,泵浦功率和波长分别为367 mW和1310 nm,输入信号总功率为-20 dBm。结果表明,50 m长的光纤在1414～1479 nm实现了大于20 dB的增益,65 m长的光纤的增益在1450 nm处达到最大（33 dB）,单位长度增益系数达0.51 dB/m。研究结果证明了锗硅酸盐掺铋光纤在WDM光纤通信网络中的实际应用潜力。     

磷硅酸盐掺铋光纤实现O+E波段放大

由于数据流量需求的逐年增加,现有光纤放大器的传输带宽已很难应对光纤通信系统的容量危机,实现扩展波段的光放大被认为是一种解决容量危机的有效方案。不同基质的掺铋光纤的发光范围可以覆盖大部分的传输窗口,因此具有重要的研究意义和广阔的应用前景。报道了一种基于改进的化学气相沉积技术制备的磷硅酸盐掺铋光纤,并测试了其基本参数及放大性能。该掺铋光纤在1550 nm处的背景损耗为21 dB/km,在1240 nm处的吸收系数达0.58 dB/m,非饱和损耗占比为13.6%。通过搭建单级前向泵浦结构测试了该掺铋光纤的放大性能,当输入信号功率为-15 dBm时,采用泵浦功率为460 mW的1240 nm半导体激光器进行泵浦,将光纤长度优化至140 m,实现了O+E波段（1270～1480 nm）的净增益,并在1340 nm处得到了最大增益（21.2 dB）,其3 dB带宽约为55 nm(1310～1365 nm)。     

Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐玻璃及其光纤的制备和光谱性质

用高温熔融法制备了Er3+/Ce3+共掺铋锗酸盐(Bi2O3-GeO2-Ga2O3-Na2O)玻璃,研究分析了该玻璃中Er3+离子1.5μm波段荧光和上转换发光,Ce3+离子共掺引入的Er3+:4I11/2→Ce3+:2F5/2间能量传递能有效地抑制上转换发光并增强1.5μm波段荧光发射.同时,利用该组分玻璃拉制了包层直径为125 μm的铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤,1310 nm波长处光纤传输损耗为3.4 dB/m.通过对975 nm波长激励下光纤的放大自发辐射(ASE)测试表明,铋锗酸盐玻璃掺Er3+光纤可在1450～1650 nm波长范围获得宽带ASE光谱,因此是一种适用于宽带光纤放大器的增益介质.     

铋镓铝共掺的高浓度掺铒光纤及放大器

研制出了铋镓铝共掺的高浓度掺铒光纤,这种掺铒光纤在1 530 nm处的吸收系数达到了28.5 dB/m.利用这种铋镓铝共掺的高浓度掺铒光纤制成了C波段和L波段的掺铒光纤放大器(EDFA),测试这两种放大器的荧光谱和增益谱线.利用2.5 m的高浓度掺铒光纤制作的C波段EDFA就实现了高增益.利用10 m这种掺铒光纤制作的L波段放大器实现了有效的I波段放大.     

环形芯掺铒涡旋光纤的放大特性研究

提出了一种基于环形芯结构的掺铒涡旋光纤。针对该涡旋光纤的放大性能，分析了其高折射率环和掺杂区域宽度对增益性能的影响。仿真结果表明，该光纤可支持1～2阶涡旋光模式，且C波段内的模式增益均高于35.4 dB。通过搭建实验装置对环形芯掺铒涡旋光纤的放大性能进行了测试。实验结果表明，在1530 nm波长处涡旋光的模式增益最大值高达32.6 dB。此环形芯掺铒涡旋光纤可广泛应用在长距离、大容量的空分复用光纤通信等领域中。     

C+L波段宽带增益平坦铋基掺铒光纤放大器的设计

基于光纤放大器增益谱的宽带平坦化发展需要,设计了一个两段铋基掺铒光纤(Bi-EDF)级联并携带一个C波段(1 530~1 565 nm)宽带光纤布拉格光栅(FBG)的双通结构型铋基掺铒光纤放大器(Bi-EDFA),从理论上研究了其对输入信号的放大特性。研究表明:FBG的引入可以使C和L波段(1 570~1 620 nm)信号分别经历不同长度Bi-EDF的双向传输,各自获得高增益放大,实现增益谱的宽带平坦化。在200 mW的1 480 nm双向对称泵浦下,第一级和第二级Bi-EDF长度分别为50 cm和170 cm时,对于波长间隔为2 nm、每路功率为-30 dBm的56路C+L波段信号的输入,Bi-EDFA高于30 dB的增益带宽达到了90 nm(1 530~1 620 nm),平均增益为35.7 dB,增益起伏仅为2.3 dB。同时,噪声系数得到明显改善。研究结果对于研制具有宽带、增益平坦的C+L波段Bi-EDFA具有实际指导意义。     

硫系玻璃基掺铒微结构光纤4.5μm波段中红外信号放大特性

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤作为中红外光纤放大器增益介质的可行性,数值求解了800 nm泵浦波长下Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤中Er3+离子数速率方程和光功率传输方程组,理论研究了4.5μm波段中红外信号的放大特性。结果显示,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤具有较高的信号增益和很宽的增益谱。在50 cm光纤长度上,最大信号增益超过了40 dB,高于30 dB信号增益的放大带宽达到了280 nm(4 420~4 700 nm)。同时,进一步研究分析了4 500 nm波长信号增益与光纤长度、信号输入功率和泵浦功率的关系。研究表明,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤是一种理想的可应用于4.5μm波段中红外宽带放大器的增益介质。     

色散补偿微结构光纤拉曼放大特性的研究北大核心CSCD

为了提高光纤拉曼放大器的放大性能,设计了一种高拉曼增益系数和较大负色散的光子晶体光纤。利用全矢量有限元分析方法对包层为正八边形的光子晶体光纤进行数值分析,探究空气孔结构和纤芯掺锗浓度的改变对有效模场面积和拉曼增益系数的影响,最后得到一种小模场面积、高拉曼增益系数和较大负色散的光子晶体光纤。研究结果表明:在泵浦波长为1450 nm且信号波长为1550 nm处包层空气孔直径为1μm、孔间距为1.2μm的掺锗光子晶体光纤结构可获得19.97 W^(-1)·km^(-1)的高拉曼增益系数,同时在1550 nm处可获得-327.6 ps/(nm·km)的较大负色散,该光纤的综合特性对于拉曼放大器放大性能的提高有重要意义。     

高掺铒光纤光谱及增益特性研究

对高掺铒浓度光纤的增益及光谱特性进行了实验研究.仅用增益长度2.75米的高掺铒光纤,对于1530nm～1560nm波段0dBm的输入信号,其放大后的输出功率可达+14dBm,且其噪声指数低于4.5dB.所用980nm泵浦源的泵浦功率为80mW.得出掺铒光纤的平坦增益谱宽为30nm(±1dB),其输出功率与输入信号功率呈线性关系.实验测得其1550nm光信号增益为43dB.     

S波段光纤放大器的研究

利用1064nm连续光纤激光器为泵浦源,上转换方式泵浦掺铥硅基光纤,实现了S波段的放大。实验采用后向泵浦方式,在1445—1485nm,得到了大于1dB的信号开关增益;在1485nm处峰值增益达到1．45dB。     

基于少模掺铒光纤的10模式光纤放大器

对于模分复用系统,结合高模式增益和宽带宽增益特性的少模掺铒光纤(FM-EDF)放大器具有较高的应用价值。利用改进的化学气相沉积法(MCVD)结合溶液法制备了一种新型FM-EDF。该FM-EDF在976 nm和1 530 nm处的吸收系数分别为10.6 dB/m和35.0 dB/m;由COMSOL软件中有限元差分模块理论计算可得,其可支持10个空间模式(LP₀₁、LP_11a/b、LP_21a/b、LP₀₂、LP_31a/b以及LP_12a/b模式)的光传输。基于该FM-EDF搭建了全光纤放大系统并对其光模式放大特性进行了实验研究,研究结果表明,该光放大系统在40 nm带宽(1 525～1 565 nm)范围内获得10个模式的增益均大于17.0 dB,且差分模式增益均小于0.5 dB。因此,FM-EDF放大技术在模分复用系统中的广泛应用可进一步扩展光纤通信容量,具有重要的实际应用意义。     

Ce掺杂对空间激光通信掺铒光纤的耐辐照影响研究

辐照环境下掺铒光纤性能下降严重影响了其在空间环境中的应用,而Ce可以凭借其变价能力抑制光纤的辐致损伤效应。利用螯合物气相沉积法制备了不同Ce掺杂量的掺铒光纤,在常温下使用⁶⁰Co辐照源对光纤进行了累积剂量100 krad、剂量率6.17 rad/s的辐照实验。通过吸收损耗谱的测试发现Ce掺杂含量高的光纤在辐照后损耗为419.185 dB/km@1 200 nm,且荧光寿命变化量减小了0.578 ms。通过切片芯层透过率及电子顺磁共振测试发现Ce掺杂可以有效降低光纤中Al和Ge相关的色心缺陷数量。最后通过增益测试验证了Ce掺杂对掺铒光纤抗辐照能力的改善,辐照后高Ce掺杂的光纤比未掺杂Ce光纤的增益高出4.15 dB。实验结果表明,Ce掺杂可以有效增强掺铒光纤抗辐照性能,这一结论对掺铒光纤在太空中的应用具有重要意义,该研究结果能够为后续掺铒光纤的耐辐照加固及其在空间中的应用提供参考。     

57nm的低噪声宽带掺铒光纤放大器

采用双级级联单程放大实现高增益、低噪声的C波段掺铒光纤放大器(EDFA)；采用双级级联双程放大实现高增益、超平坦的L波段EDFA。在此基础上，采用并联结构实现了30dB以上的高增益、3dB带宽为57nm的低噪声宽带EDFA。     

超宽带、高增益、低噪声L-band扩展掺铒光纤及其放大性能研究

报道了一种采用改进化学气相沉积(Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD)技术制备的L-band扩展掺铒光纤。实验测试了该掺铒光纤的基本光学参数及其宽带放大性能,其数值孔径为0.2,在980 nm处的吸收系数为11.04 dB/m,在1535 nm处的吸收系数为38.8 dB/m,在1200 nm处的背景损耗为15 dB/km。采用两级放大结构测试该掺铒光纤的L-band放大性能,其中第一级铒纤长度为11 m,第二级铒纤长度为25 m。当输入信号范围为1570～1622 nm,输入信号的功率为-1 dBm时,在980 nm半导体激光器泵浦下20 dB增益带宽长波段可扩展到1622 nm,最大噪声指数为5.3 dB,饱和输出功率为24.5 dBm。     

全光纤结构高增益脉冲光纤放大器的实验研究

为了探讨多级级联掺镱光纤放大器的脉冲放大特性,采用主振功率放大技术(MOPA),实验研究了3级级联、全光纤结构的高增益脉冲激光放大器。通过优化各放大级增益光纤的长度和抽运光功率的大小,在保证高放大增益的同时,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡,并对第2放大级进行了结构优化。在脉冲激光放大过程中实现了中心波长1064nm、脉冲宽度19ns、重复频率5kHz、峰值功率3.8kW、总放大增益达43.8dB的稳定激光输出。同时,制作完成了1台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,对重复频率1Hz的低频脉冲信号进行了放大实验,也得到了43.2dB的输出信号增益。结果表明,本脉冲光纤放大器对低频脉冲信号有很好的放大效果。     

全光纤结构的两级分布式窄线宽双包层光纤放大器

利用主振荡一功率放大(MOPA)技术,实验研究了两级级联、全光纤结构的窄线宽连续激光放大器.其中,以20dB光谱线宽0.078nm的窄线光纤激光器为信号光源,两个放大级中分别采用光纤侧面耦合器,(6+1)X1光纤合束器实现抽运光功率的耦合.以及使用1053nm单模纤芯的双包层掺镱光纤、大模场面积的掺镱双包层光纤作为增益光纤.在伞光纤结构放大器中,对第二级放大级中(6+1)X1抽运光注入端的反向传输光的光谱和功率进行了监测和分析.通过优化增益光纤的长度,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自牛激光振荡.在窄线宽激光放大过程中实现了中心波长1053 nm.总放大增益27.6 dB,功率16.09 W的稳定激光输出,没有发现受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应.     

基于铋基掺铒光纤的宽带放大器实验研究

报道了基于新型Bi基掺Er^3 光纤(Bi-EDF)宽带放大器的实验研究结果。实验使用的Bi-EDF长度仅为49．2cm,其双向泵浦放大器在输入信号功率分别为-30、-15和0dBm 3种情况下都实现了C L波段的直接宽带放大,其中10dB以上增益的波长范围达到70nm(1540～1610nm),在0dBm信号输入条件下此放大器的3dB增益带宽达到63nm(1540～1610nm),根本性地避免了宽带放大的增益“死区”问题。结合Bi-EDF的最新进展,对实验中观察到的绿色荧光现象进行了分析。     

57 W 2.05μm单横模掺铥光纤激光MOPA

基于商用单模掺铥石英光纤设计了高功率2.05μm波段全光纤主振荡功率放大器（MOPA）。以自制环形腔掺铥光纤激光器为种子,利用级联滤波型波分复用器优化长波长种子的光信噪比,基于MOPA结构实现了高效的高功率输出。基于速率方程模型,理论分析了主放大级的注入信号光功率和增益光纤长度的优化关系;实验中在102.6 W的793 nm泵浦功率下获得了输出功率为57 W、光谱线宽为0.08 nm、光信噪比为58.8 dB的单横模激光输出,主放大级斜效率为52.6%。     

基于级联光纤环形镜的增益平坦掺铒光纤放大器

基于光纤环形镜的滤波原理,提出利用级联结构光纤环形镜(FLM)实现掺铒光纤放大器(EDFA)增益平坦滤波的方案,并进行了相关实验研究.实验结果显示,使用级联FLM取得了明显的增益平坦效果,其1535-1557nm波长范围内的增益不平坦度由±5dB减小到±1dB.     

多芯掺铒光纤的制备及其放大性能

空分复用技术被认为是未来实现光纤通信容量升级扩容的关键技术。传输距离是决定空分复用系统应用场景的关键,空分复用系统中信号的传输离不开放大器对损耗的补偿,因此,基于多芯掺铒光纤的空分复用光放大器是空分复用技术走向实用化的核心器件。本文基于改进的化学气相沉积技术结合打孔法制备了七芯掺铒光纤,并搭建了纤芯独立泵浦多芯光纤的放大系统,测试了七芯掺铒光纤的放大性能。在输入信号为0 dBm,泵浦光功率为350 mW的条件下,测得七芯掺铒光纤纤芯在C波段(1526～1566 nm)的平均增益为14 dB,平均噪声指数小于6 dB,不同纤芯间的增益差小于5 dB。