双包层Er—Yb共掺光纤放大器的特性分析

基于速率方程，数值分析了在980nm泵浦下双包层Er-Yb共掺光纤放大器的输出信号功率、增益和噪声特性；讨论了它们随激活光纤长度、输入泵浦功率和输入信号功率关系。结果表明，在小信号情况下，长度为5m的双包层Er-Yb共掺光纤放大器的输出信号功率超过25dBm，增益高于30dB，噪声系数小于4dB。     

光纤长度优化的高功率铒镱共掺光纤放大器

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率,采用两级混合结构的方法,用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大,并提高放大器的信噪比;双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器,其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证,在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时,输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现,L波段附近有放大自发辐射谱出现,这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明,在光功率和信号光功率一定时,光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。     

高功率双包层掺铥光纤放大器温度分布特性

通过对普适于不同内包层边界条件下的热传导方程进行推导和求解,得到了不同内包层形状的双包层增益光纤所对应的掺铥光纤放大器的三维热分布。计算结果表明,双包层光纤不同内包层形状可导致纤芯处的温度差高达107 K。同时,信号光与泵浦光功率的比值决定了温度最高点和熔接点的距离,在泵浦光功率为100 W、信号光功率为10 mW的情况下,两者之间的距离可达30 cm。通过分析不同内包层形状的双包层光纤的径向与轴向的热分布情况发现,相较于其他内包层形状的双包层光纤,偏芯型双包层掺铥光纤因其具有较低的最高温度、较高的泵浦效率和高斯型横截面热分布而较适用于掺铥光纤放大器。     

脉冲泵浦双包层掺Yb3+光纤放大器理论研究

对比研究了在连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下,高功率双包层掺Yb3+件光纤放大器的输出特性.计算结果表明:采用脉冲泵浦放大50 kHz高斯脉冲信号,在ASE光抑制方面和光纤放大器热效应方面都优于连续泵浦情况下的光纤放大器.进一步又研究了脉冲泵浦下,从泵浦脉冲峰值功率,掺杂光纤浓度和泵浦波长三方面选择泵浦脉冲宽度,优化放大器输出特性.为提高和设计掺Yb3+抖光纤放大器和MOPA系统的输出功率和稳定性提供了理论依据.     

高功率光纤放大器的实验

文章首先介绍了包层泵浦的基本原理和采用大功率多模泵浦激光器泵浦镱铒共掺双包层光纤实现高功率放大器的技术方案,并与传统掺铒光纤放大器(EDFA)的技术方案进行了比较.随后,作者在文章中提出了创新的光学结构,即在第1级采用传统EDFA技术优化噪声指数,第2级采用镱铒共掺双包层光纤和高功率多模泵浦激光器以提升输出功率.采用此结构的光放大器获得了30.9 dBm的输出功率和5.2 dB的噪声指数.     

双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器稳态特性的分析

对980nm泵浦光泵浦双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了泵浦光与激光在双包层Er3+/Yb3+ 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响,计算的最大斜效率为56.3%,接近于理论计算值的极限。     

高功率双包层掺镱光纤放大器

为满足高功率激光系统末级功率提升的要求,研制了高功率光纤放大器,它采用双包层掺Yb3＋光纤作为增益介质,利用泵浦合束器进行泵浦的级联放大。通过有效的热管理及输出稳定技术,对于大信号1053nm波长的输入光,该光纤放大器的增益大于22dB;采用增益均衡技术,20nm带宽范围内增益平坦度小于2dB。     

基于双包层光纤光栅的掺镱双包层光纤激光器

通过求解速率方程,得到了掺镱双包层光纤激光器输出光功率和泵浦阈值功率表达式,分析了腔镜反射率、光纤长度对激光器阈值功率和输出激光功率的影响.采用相位掩模法在双包层光纤上直接写入光纤布拉格光栅,以此作为光纤激光器后腔镜,研制了稳定输出的掺镱双包层光纤激光器.试验得到了波长1 083.25 nm,线宽0.112 nm,最高输出功率1.07 W的稳定激光输出,泵浦阈值173 mW.     

泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响

通过求解速率方程，得到了线形腔掺Yb^3 双包层光纤激光器输出光功率、泵浦阈值、斜率效率的表达式，分析了泵浦波长对激光器性能的影响。采用线形腔结构，研制了掺Yb^3 双包层光纤激光器，用不同波长的半导体激光器列阵做泵浦源进行了实验研究，理论与实验基本吻合。     

Er3 + /Yb3 + 共掺双包层光纤超荧光光源的实验研究

报道了基于双程后向单级泵浦结构的宽带Er^3＋/Yb^3＋共掺双包层光纤超荧光光源的实验研究结果。采用980nm泵浦源，通过优化泵浦功率和光纤长度，在波长1550nm处，实验仅用1mEr^3＋/Yb^3＋共掺双包层光纤获得了30．8mW的超荧光输出，泵浦斜效率为28％，光谱3dB带宽为35nm。     

分布拉曼光纤放大的实验研究

采用符合ITU-T标准的G波段40信道波分复用(WDM)光源对分布式拉曼放大器(DRA)的特性进行了实验研究。对不同抽运方式及不同光纤长度的分布式拉曼放大器性能作了较为详细的报道。在抽运功率相同的条件下，选用50km单模光纤对比研究了不同抽运方式的拉曼放大器增益和噪声。通过对不同光纤长度的分布式拉曼放大器的实验研究发现，在较低抽运功率且输入信号功率较低的情况下，随着光纤长度增加，拉曼增益也增加，有效噪声系数减小。研究了分布式拉曼放大器对波分复用通信系统信噪比的改善，实验发现不同抽运功率下，拉曼放大器对系统信噪比的改善随抽运功率增加而增加，但是不成线性关系，而且最终会出现饱和。     

Analysis of distributed erbium-doped fiber amplifiers with fiber background loss

An accurate model for erbium-doped fiber amplifiers with fiber background loss applicable to the unsaturated gain regime is presented. Exact analytical solutions are derived for the output pump power, gain, and amplified spontaneous noise as a function of input pump power in the cases of unidirectional or bidirectional pumping. An exact relation is also derived between the pump threshold and the pump required for fiber transparency. Such expressions are particularly useful to model distributed fiber amplifiers and to determine the optimal fiber parameters corresponding to a given pumping scheme. As an example, the analytical solutions are used to study the pump power requirement for distributed fiber amplifiers unidirectionally pumped at 1.48 mu m, and to determine an optimum Er/sup 3+/ absorption coefficient.<>     

Noise reduction in long-haul lightwave all-amplifier systems

The overall gain of a chain of erbium-doped fiber amplifiers in a long-haul all-amplifier system would be automatically stabilized if each amplifier were operated slightly into saturation. However, with the required low level of amplifier output power which is imposed by nonlinearity in the transmission fiber, the resulting pump power becomes too low to effectively invert the gain medium of the amplifiers. Consequently, the amplifier output noise level becomes too high for proper system operation. This problem is solved by pumping the amplifiers harder so that a higher gain and higher output power are achieved. The excess gain is then counteracted by an appropriate value of post-amplifier loss. Because of the higher pump power in this case, the amplifier noise is reduced significantly. This technique is investigated theoretically, and experimental work that verifies it is reported     

Pump wavelength independent gain with bidirectionally pumped alumino-silicate erbium-doped fiber amplifiers in the 800 nm pump band

Using a comprehensive computer model, it was shown that the effects of excited state absorption (ESA), in the 800 nm pump band, in alumino-phosphate-silicate (APS) erbium-doped fiber amplifiers (EDFAs) can be reduced significantly by using bidirectional pumping. If a band optimum length (BOL) is selected, a near optimum small signal gain (SSG) can be constant over broad pump wavelength regions due to the combined effects of ESA and ground state absorption (GSA). Hence, multilongitudinal mode, high power, reliable and inexpensive GaAlAs laser diodes can be used as pumping sources for EDFAs having SSG > 40 dB, noise figures of <4 dB, and output signal powers approaching 100 mW. These fibre amplifiers could be used as line repeaters, preamplifiers, and power amplifiers in different lightwave systems.<>     

Spectral dependence of gain and noise in erbium-doped fiberamplifiers

A two-level model of the erbium-doped fiber amplifier is used to analyze the dependence of the amplifier gain saturation, saturated output power, and excess noise factor on pump and signal wavelengths. Measured data are presented confirming that the dependence of the gain, output saturation power, and noise of erbium-doped fiber amplifiers on the signal and pump wavelength can be described by simple equations derived from the model     

1053 nm掺Yb3+双包层光纤放大器脉冲放大特性研究

从掺Yb^3＋光纤放大器（YDFA）的功率传输方程出发，采用有限差分法对掺Yb^3＋双包层光纤放大器在1053nm的脉冲放大特性进行数值分析。模拟计算了在977nm前向抽运下，光纤放大器中的上能级粒子数，抽运光和放大自发辐射（ASE）在光纤中的稳态分布。分析了掺Yb^3＋双包层光纤放大器的单脉冲波形畸变以及控制输入脉冲形状来产生需要的超高斯输出脉冲形状。讨论了最佳长度以及抽运方式差别等问题。     

双包层光纤放大器小信号时放大的自发辐射特性研究

基于速率方程,针对不同的泵浦方式,对双包层Er^3＋／Yb^3＋共掺光纤放大器小信号放大时放大的自发辐射（ASE）特性进行了全面研究。研究结果表明：反向泵浦时,ASE＋输出功率大于ASE-输出功率,各波长分量对ASE＋输出功率的贡献大于该波长分量对ASE-输出功率的贡献;增加纤芯数值孔径,无论正向泵浦还是反向泵浦,ASE输出功率都单调减小;当包层对芯径面积之比小于某一特定值时,对于反向泵浦,ASE＋输出功率大于ASE-输出功率。这些特点显示了小信号放大时ASE与大信号放大时ASE所存在的差异。     

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。     

不同抽运方式下掺Yb3+光纤放大器的增益和噪声特性

为了探讨不同抽运方式下掺Yb3+光纤放大器的增益和噪声特性,对910nm掺Yb3+光纤放大器进行数值模拟。结果表明,抽运方式对增益影响较小,但对噪声特性影响较大,光纤达最佳长度时,正向和双向抽运方式的掺Yb3+光纤放大器要优于反向抽运方式。这一结果对掺Yb3+光纤放大器的试验设计具有重要的作用。