L波段EDFA的优化设计和实验验证

基于Giles模型,对L波段掺Er光纤放大器(EDFA)的特性进行了数值模拟,分析了采用高掺杂Er纤放大器输出性能的改善。根据数值分析的结果进行了优化设计,使用9m长的高掺杂Er光纤进行了实验研究。实验结果表明．在泵浦功率为100mw时,小信号增益在10dB以上,噪声指数小于6dB。     

L波段可调谐Er/Yb共掺环形腔光纤激光器

报道了一种工作在L波段波长可调的环形腔Er／Yb共掺双包层光纤激光器。利用两段高双折射光纤和两个偏振控制器组成的环形镜作波长选择器件，通过调整环形镜中偏振控制器的状态来改变环形镜对不同波长的反射率以实现某波长的激光输出，使波长调节范围达到60nm，不同波长处激光输出功率的起伏小于0．7dB；采用较长的Er／Yb共掺双包层光纤(EYDF)作增益介质，利用6个976nm激光二极管同时抽运前段Er／Yb共掺双包层光纤所产生的放大自发辐射谱作为二次抽运源，对腔内未被抽运的一段Er／Yb共掺双包层光纤进行抽运，使增益谱移到L波段，实现了L波段可调谐激光器的稳定输出。在最大抽运功率为3594．5mW时，测得抽运入纤功率为2737．37mW，得到最大输出功率300mW，斜率效率为11％的激光输出，所形成激光光谱的3dB带宽为1．8nm，边模抑制比大于38dB。     

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.     

超宽带Er,Tm共掺石英光纤放大器稳态研究

分析了波长为980nm激光抽运下的Er3+,Tm3+共掺石英光纤放大器的工作原理,并根据此工作原理,建立了Er3+与Tm3+之间能量转移过程的数学模型。基于速率方程和功率传输方程,数值模拟了此种光纤放大器稳态工作特性,给出了不同光纤长度、不同输入抽运功率以及不同掺Tm3+浓度下多路光信号放大时输出信号功率谱的变化规律。仿真结果表明,当输入抽运功率为400mW时,Er,Tm共掺石英光纤放大器的3dB带宽可达90nm(比传统掺Er3+光纤放大器的增益带宽大两倍以上),平均增益可达10dB,可用于未来密集复用系统(DWDM)中的宽带放大器件。     

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。     

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.     

基于光纤环形镜的L-波段掺铒光纤放大器增益的提高

提出了一种基于光纤环形镜作为反射器的反射式L-波段掺铒光纤放大器(EDFA)结构。光纤环形镜不但可以反射后向放大自发辐射(ASE)作为二次抽运源，而且还可以反射信号，使信号得到二次放大。当抽运功率为115mW时。在1570～1605nm波长范围内，反射式L-波段掺铒光纤放大器的平坦小信号增益达到29．14dB，与前向抽运方式L-波段掺铒光纤放大器相比(保持平坦性不变)。增益提高了5．33dB。分别输入波长为1580nm和1600nm的信号，反射式L-波段掺铒光纤放大器的饱和输出功率为7．63和7．6dBm．与前向抽运方式L-波段掺铒光纤放大器相比分别提高了2．98和3dB。     

运用长周期光纤光栅实现EDFA的增益平坦化

针对Perilli公司生产的OP 980型掺铒光纤放大器 (EDFA)的增益谱不平坦特性 ,运用紫外写入的方法研制成使其增益平坦化的长周期光纤光栅增益平坦化器件 ,实现了该掺铒光纤放大器在 30nm范围内的增益谱波动小于± 0 4dB。     

Er^3＋/Yb^3＋共掺光纤放大器小信号放大特性

基于速率方程,文中研究了双包层Er^3＋/Yb^3＋共掺光纤放大器小信号放大时的放大特性和噪声特性。结果表明：双包层Er3＋/Yb3＋共掺光纤放大器对波长为1550nm的小信号具有良好的放大特性,反向泵浦,当泵浦功率超过2W时,放大增益可超过60dB;同时,该放大器对C波段的小信号亦具有良好的放大特性,其3dB增益带宽达到54nm。该研究进一步表明双包层Er^3＋/Yb^3＋共掺光纤放大器在C波段具有良好的噪声特性,小信号放大时,噪声系数接近于EDFA的噪声极限。     

Er/Yb共掺光纤放大器前向放大自发辐射模型

提出了Er/Yb共掺的光纤放大器中,Yb离子仍然存在基态能级斯塔克(Stark)分裂的假设,考虑1060 nm波段辐射,利用速率方程和传输方程,结合Er/Yb共掺双包层光纤的吸收和发射系数谱,采用4阶龙格-库塔(Runge- Kutta)算法,建立了模拟Er/Yb共掺双包层光纤放大器放大自发辐射(ASE)光谱的理论模型。通过改变抽运功率和信号功率,对其前向放大自发辐射光谱特性进行了全面的分析。大信号入射时,改变抽运功率,只改变输出功率大小。输出光谱形状不变,而当信号功率足够小时,前向放大自发辐射光谱在1535 nm和1543 nm处会出现2个局部峰值,理论模拟与实验数据相符。     

一种新型宽带EDFA及其实验研究

文章提出了一种基于三端口增益平坦滤波器、且在拓扑结构上不同于以往并行或串行结构的掺铒光纤放大器（EDFA）的新结构。理论模拟显示，同常规的并行结构EDFA相比，该新型结构在保证C波段EDFA性能的同时亦可将L波段掺铒光纤（EDF）用量减少48％以上，改善L波段泵浦效率55％以上。实验中，我们在C波段使用两只输出功率分别为106．9和109．6mW的980nm泵浦激光器，两段EDF的长度分别为8．5和9．6m，在L波段我们仅用1只80mW的1480nm泵浦激光器，EDF长度为19．8m。试验结果显示，在C＋L波段内得到的信号增益〉23dB，增益平坦度〈0．6dB，噪声指数在C和L波段内分别〈4．4dB和5.6dB。     

Multiwavelength erbium-doped fiber lasers with active overlapping linear cavities

Multiwavelength oscillations in erbium-doped fiber (EDF) lasers with active overlapping linear cavities are investigated in detail. The laser can be designed to produce multiwavelength oscillations in the C-band and in the L-band. With a C-band three-wavelength laser, experiments show that the output powers of the lasing lines increase linearly or piecewise linearly with pump input. Any one lasing wavelength can be tuned over several nanometers depending on the gain tilt in the vicinity of the lasing wavelength while multiwavelength oscillation is still being maintained. The output power of any specific lasing line can be adjusted by suitably designing the EDF sections. This property also allows the laser to operate in multiwavelength switching mode. The laser exhibits a novel multiwavelength optical bistable behavior in the L-band. With an L-band dual-wavelength laser, the bistable input-output hysteresis behaviors of the two L-band wavelengths evolve in antiphase with respect to each other. The width of the bistable region has been increased to several tens of mW. It can be controlled and adjusted by the cavity loss and the EDF length. It is found that simultaneous L-band dual-wavelength oscillations can be obtained when part of the EDF, which functions as a saturable absorber, has been bleached. Moreover, simultaneous multiwavelength oscillations in both C-band and L-band have also been successfully demonstrated with the laser.     

Serial topology of wide-band erbium-doped fiber amplifier for WDMapplications

We analyze the recently proposed serial topology of a wide-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) covering both the C- and L-bands and compare it with the parallel configuration of C-band and L-band amplifiers. The analysis is based on an application of a comprehensive large-signal numerical model, which takes into consideration propagation of wavelength-division multiplexing (WDM) signals, bidirectional pump, and both the downstream and upstream ASE power spectral components. We have found that in the multiwavelength regime the new topology can provide output power of 3 dBm/channel for 32 C-band and 40 L-band, 0.8-nm-spaced signals with reasonable pump powers to the first and the second stage. In comparison with the usual parallel configuration of C-band and L-band EDFAs, this topology saves about 20% of overall pump power, 10% of the necessary length of erbium-doped fiber (EDF) and achieves lower noise figure for L-band signals     

基于光纤环形镜的双级双程L波段高功率ASE光源

研究了L波段光产生的基本机理,基于3dB宽带耦合器的光纤环形镜作为反射镜,优化设计并通过实验得到了双级双程L波段掺Er光纤(EDF)高功率放大的自发辐射(ASE)输出光谱。两级所用的光纤长度分别为7m(低浓度)和31m(高浓度),在同等条件下,第1级采用双程前向得到功率为21．48mW(13．32dBm)、平均波长为1573．52nm的L波段ASE输出;第1级采用双程后向可实现功率为22．71mW(13．56dBm)、平均波长为1574．66nm的L波段ASE输出。对比分析2种结构输出光谱的抽运光利用效率、光谱平坦度等特性后,得到第1级采用双程后向的双级双程是一种更为理想的实现L波段高功率ASE输出的结构,同时由于C波段易获得高功率(高于30mW)的输出,二者结合即可得到功率高于50mW的C L波段ASE输出。     

采用Sagnac反馈环的高效率宽带L-波段放大自发辐射源

采用掺铒光纤在L-波段的放大自发辐射(ASE)构成的宽带光信号源在光纤传感、器件测试等方面有着广泛的应用需求,而抽运转换是制作这种光源的关键技术之一.基于C-波段放大自发辐射对L-波段信号具有二次抽运作用的机理,在光纤的一端采用Sagnac反馈环将输出的C-波段放大自发辐射反馈回到掺铒光纤中,这些被反馈的C-波段放大自发辐射像注入的信号光一样消耗上能级粒子数而受到放大并沿光纤的同一方向传输,同时成为L-波段放大自发辐射的抽运源.由于Sagnac反馈环减少了泄漏的C-波段放大自发辐射功率,因而抽运转换效率大大提高.实验中,在不加平坦滤波器的情况下,在125 mW 980 nm抽运光输入时输出L-波段放大自发辐射宽谱功率达到14 dBm,抽运转换效率(PCE)达到20%,1 dB带宽达到31.1 nm(1568.9～1600 nm),获得了高转换效率且宽带平坦的L-波段放大自发辐射谱输出.     

Gain clamping in L-band erbium-doped fiber amplifier using a fiberBragg grating

A gain-clamping technique for the long wavelength band (L-band) erbium-doped fiber amplifier (EDFA) is presented. It uses a single fiber Bragg grating (FBG) on the input side of erbium-doped fiber (EDF) to inject a portion of backward conventional band (C-band) amplified spontaneous emission (ASE) back into the system. The use of a narrow-band (NB) FBG has shown a better performance in clamped-gain level and noise figure compared to a broad-band FBG. The amplifier gain for the NB FBG set up is clamped at 15.4 dB with a variation of less than 0.3 dB for an input power as high as 0 dBm     

大功率L波段全光纤超荧光光源

利用高功率泵浦的双包层Er^3＋／Yb^2＋共掺光纤（EYDF）放大器,对L波段小信号源进行放大,在1．668W泵浦光下,获得了波长范围在1568～1597nm、功率达216mW的超荧光输出。对单程和双程2种放大结构进行了比较详细的对比研究。结果表明：2种结构均可以得到高功率L波段超荧光输出,但双程结构具有比单程结构更高的转换效率和更大的增益;通过增加小信号源的功率,可以有效地抑止短波长激光的产生,并在一定程度上平坦L波段的光谱。     

Coupled structure for wide-band EDFA with gain and noise figureimprovements from C to L-band ASE injection

We propose a novel structure for C plus L-band silica based wide-band erbium-doped fiber amplifiers (W-EDFA's), which use backward amplified spontaneous emission from the C-band EDFA as the pump-mediating injection source for the L-band amplifier unit. Experimental results show gain and noise figure improvements of over 2.6 dB and 0.6 dB, respectively, at -3.5 dBm of L-band input signal power. Spatially resolved numerical analysis confirms the pump-mediating effect of C-band backward ASE in the L-band EDFA for the gain and noise figure improvement, which also provides better understanding on the dynamics of C-band injection seed methods     

级连L波段EDFA优化的数值模拟与实验

对级连结构的L波段EDFA进行了优化设计.首先用加拿大Optiwave的OptiAmplifier4.0数值模拟了在其他条件确定情况下两级光纤长度比例变化对放大器性能的影响,在优化光纤长度比例的基础上,为了得到更宽的L-EDFA的本征平坦增益谱,进一步优化了前后级泵浦功率.在上述条件下利用42 m的铒纤得到实验结果为:ASE谱3 dB带宽1566.84～1606.80 nm(40 nm).在L波段(1570～1605 nm),小信号平均增益约为25 dB,增益不平坦度为±1 dB,噪声指数约为5 dB.     

Gain enhancement in L-band loop EDFA through C-band signal injection

Gain enhancement provided in L-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) with loop configuration and through C-band signal injection is experimentally demonstrated and compared with conventional single-stage L-band EDFA design. Significant backward amplified spontaneous emission suppression in C-band and pump conversion efficiency increase in L-band were observed for varying C-band seed signal wavelength and power levels. Gain and noise figure (NF) performance of loop design L-EDFA is compared with the conventional bidirectionally pumped single-stage L-EDFA design. Gain and NF measurements in the loop configuration have resulted in an up to 9.5-dB increase in gain and up to 2.6-dB degradation in NF at a moderate signal wavelength of 1585 nm.