一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的设计

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器,三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯,在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模,能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示,若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽,则能够达到23nm,并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用,并具有极低的串扰。     

高增益、低DMG少模掺铒光纤及其放大性能研究

空分复用技术是大幅提高单根光纤数据传输容量的重要技术之一。对于长距离模分复用传输系统而言，少模掺铒光纤放大器是补偿光纤传输损耗必不可少的器件。因此，在少模掺铒光纤支持的所有模式中获得均衡增益至关重要，高差分模态增益会降低系统的传输性能。本文通过改进的化学气相沉积技术制备了18μm/124μm少模掺铒光纤，实验演示了基于该光纤的两模掺铒光纤放大器。当使用LP_11b模式泵浦时，该放大器所支持的LP₀₁和LP_11a模式可以在1535～1560 nm波段获得19.4 dB以上的增益，差分模态增益最大为0.66 dB。     

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。     

全光纤型Er/Yb共掺光纤短腔激光器

报道了一种高输出功率、高斜率效率的短腔ErYb共掺杂光纤激光器。激光谐振腔由一段ErYb共掺杂单模光纤与一对布拉格反射波长相同的光纤布拉格光栅(FBG)组成。反射率为60%的光纤光栅用作光纤激光器谐振腔的输出,3dB带宽为016nm。反射率为99%的光纤光栅作为高宽带反射腔镜,同时作为抽运光输入端,3dB带宽102nm。以980nm激光二极管(LD)作抽运源进行实验。使用不同的抽运功率分别测量不同长度的ErYb共掺杂光纤,优化光纤激光器谐振腔得到的最佳长度仅为13cm。即选用13cmErYb共掺杂光纤作为增益介质来制作短腔ErYb光纤光栅激光器,最大输出功率可达11mW,输出功率稳定性<±001dB,抽运阈值功率为35mW,斜率效率为153%,测量其15522nm激光的输出光谱,25dB线宽为03nm,边模抑制比>60dB,波长稳定性为005nm。可用于密集波分复用(DWDM)系统。     

少模光纤布喇格光栅的光谱特性研究

相较于传统的单模光纤布喇格光栅(FBG)传感器,少模FBG传感器在测量时不易受到外界无关参量的影响,精度更高,但其在光栅参数设计上缺乏相应的理论依据。针对此问题,基于FBG耦合模理论,利用OptiGrating和Matlab软件模拟分析了纤芯中存在LP₀₁模、LP₁₁模的少模FBG的反射谱。仿真结果表明:区别于传统单模FBG的单峰结构,少模FBG的反射谱具有三峰结构,光栅周期、光栅长度和折射率调制深度的变化会对各波峰的反射率及中心波长产生规律性的影响。     

基于M-Z滤波的波长可调谐掺铒光纤随机激光器

提出了一种基于M-Z结构的可调谐掺铒光纤随机激光器,并对随机激光输出过程、随机激光的波长可调谐输出以及随机激光的稳定性进行了实验研究。通过采用光纤熔接手段将两个2×2光纤耦合器进行熔接,构成全光纤M-Z滤波结构。实验结果表明,激光器的阈值功率为120mW,调整可调谐衰减器改变增益损耗,实现波长可调谐输出,其中单波长输出分别为1554.4,1555.2和1556.3nm,信噪比达到31.65dB;双波长输出分别为1525.9,1556.2和1531.6,1556.2nm,信噪比优于21.92dB;三波长输出分别为1527.4,1546.9,1551.6和1526.9,1530.0,1549.8nm,信噪比优于20.10dB;四波长输出为1525.9,1530.1,1547.9和1552.3nm,信噪比优于18.95dB;其中单波长和双波长的功率波动分别优于1.65和1.99dB;激光器斜率效率为0.627%。     

双波长环形腔掺铒光纤激光器输出的稳定性

使用掺铒光纤平均反转粒子数模型推导了双波长激光器平衡振荡需满足的条件,并据此设计实验系统,对抽运功率、模式损耗以及波长间隔对输出功率的影响进行了实验研究.结果表明,可通过调节腔内损耗谱实现掺铒光纤环形腔内多波长激光输出,双模平衡振荡条件在远离阈值点情况下成立;可变衰减器的稳定性对双波长平衡的影响极大,允许的偏离值小于0.4 dB;而起振波长的偏离对双波长平衡的影响较小,大于1 nm的波长偏离才会导致平衡破坏;掺铒光纤的非均匀加宽效应允许平衡时损耗在一定范围内波动,这有助于提高激光器的输出稳定性,30 min内1546 nm和1556 nm双波长的功率波动小于0.5 dB.     

1.63kW单纤单振单模连续全光纤激光器

报道了一种单纤单振单模连续全光纤激光器,工作波长为1 080nm,输出功率可达1.63kW。激光器使用7个输出功率为300 W、工作波长为976nm的半导体激光器(LDs)充当泵浦源,并利用短腔长结构成功地抑制了受激拉曼散射(SRS)。测试结果显示,所获得激光的光谱信噪比(SNR)大于40dB,1h内的功率不稳定度小于1%,光-光转换效率约为75.46%。此外,通过对光纤盘绕的合理设计,有效地抑制了光纤中的高阶模式,在满功率输出时成功地获得了单模激光(M2<1.1)。     

国产双锥形光纤实现4kW单模激光输出

基于自主研制的双锥形掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1080 nm、最高功率为4 kW的单模激光输出,其光光效率和斜率效率分别为82%和83%,质量因子(M²)为1.33,拉曼抑制比为44 dB。实验结果表明,双锥形光纤具有同时提高非线性效应和模式不稳定性效应阈值的优势,有利于进一步提升高光束质量光纤激光器的输出功率。     

多波长布里渊掺铒光纤激光器的结构优化研究

基于受激布里渊散射效应(SBS)和掺铒光纤(EDF)的线性增益机理研究了一种环形腔多波长布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)。在该激光器中使用单模光纤作为布里渊增益介质,使用掺铒光纤来放大产生的斯托克斯(Stokes)信号,使该激光器在室温下产生稳定的多波长输出。通过对激光器结构中的环行器和耦合器的位置以及耦合器的接入方式的研究与分析发现:耦合器的接入方式、环行器与耦合器的位置均对激光器的输出有影响。在可调谐光源TLS(布里渊泵浦激光器)的功率大小为14dBm,980nm泵浦激光器的功率大小为23dBm,单模光纤长度为10km的情况下进行了实验测试,结果表明:耦合器的接入方式对BEFL的输出影响很明显,最后给出了详细的测试结果和相应解释。     

间隔双倍频移的可调谐多波长布里渊/铒光纤激光器

设计了一种结构简单的波长间隔双倍布里渊频移的可调谐多波长布里渊/铒光纤激光器。利用一个3 dB耦合器形成复合环形腔结构,使奇数阶斯托克斯信号被局限在一个腔内循环,仅有初始布里渊抽运信号和偶数阶的斯托克斯信号能够耦合输出,实现了波长间隔双倍布里渊频移的多波长输出。分析了不同布里渊抽运功率、不同980 nm抽运功率下激光器的输出特性。在布里渊抽运信号功率10 dBm,980 nm抽运功率110 mW的情况下,激光器在1555~1565 nm范围内获得了波长间隔0.176 nm的6个波长输出。     

采用双Sagnac环滤波器的可切换多波长光纤激光器

提出了一种基于双Sagnac环滤波器的可切换多波长掺铒光纤激光器,该滤波器由基于保偏光纤和少模光纤的Sagnac环并联构成,结构简单,利用其梳状滤波特性,实现了掺铒光纤激光器的多波长输出。采用传输矩阵法详细分析了双Sagnac环的传输特性,进一步搭建了线性腔掺铒光纤激光器,实验中通过调节偏振控制器,改变腔内偏振态,在室温下得到稳定可切换的单、双、三波长激光输出,且激光器输出波长的位置可调。研究结果表明,输出激光波长的边模抑制比大于34 dB,稳定性测量中波长漂移量小于0.05 nm,具有良好的稳定性,可应用于波分复用及全光通信系统等领域。     

基于全光纤滤波技术的多波长掺铥光纤激光器

设计了一种基于马赫-曾德和光纤光栅滤波结构的掺铥光纤激光器,实现了2 μm波段多波长激光输出。马赫-曾德滤波器由2个3 dB耦合器构成,光纤光栅反射波长为1950.35 nm,滤波器的波长间隔为1.6 nm,激光器阈值为70m W。通过实验证明了采用马赫-曾德结合光纤光栅进行滤波能够有效提高波长稳定性,实验中通过调节偏振控制器能够实现稳定的单波长、双波长及三波长激光输出。1892.2 nm单波长激光的波长漂移和功率漂移分别小于0.6 nm和0.969 dB,边模抑制比为49.75 dB;1902.8 nm和1932.0 nm双波长激光的波长漂移均小于0.4 nm,功率漂移分别小于1.021 dB和2.583 dB;1895.7 nm、1902.5 nm和1931.9 nm三波长激光的波长漂移分别小于0.4 nm、0.3 nm和1.0 nm,功率漂移分别小于2.548 dB、1.441 dB和0.809 dB。输出激光3 dB 线宽均小于0.8 nm。     

基于MIMO预均衡的模分复用无源光网络模式间串扰的消除方法

为解决模分复用无源光网络(MDM-PON)模式间串扰的问题，本文提出了一种基于多输入多输出(MIMO)预均衡的串扰消除方法。利用帧头插入的时分训练序列，在接收端相干检测后估计信道的冲激响应，并将其用于发送端MIMO均衡器抽头系数的计算。采用线偏振(LP)模式的模分复用(MDM)传输仿真系统对所提方法进行验证，并将所提方法与基于迫零(ZF)预编码的串扰消除方法进行了对比。结果表明：连接5 km少模光纤(FMF)时，与迫零预编码相比，MIMO预均衡使各模式(LP₀₁、LP₁₁、LP₂₁、LP₃₁)信号的误码率在满足7%硬判决-前向纠错(HD-FEC)门限时的发送光功率分别降低了3.0 dB、4.1 dB、1.2 dB和9.2 dB。另外，考虑到光纤色度色散的影响，本文进一步提出了带色散预补偿的MIMO预均衡器结构，该结构可以实现对色散的补偿。     

一种高性能环形可调谐光纤光栅激光器研究

研制了一种新型的高性能环形可调谐光纤光栅激光器。该激光器使用980nm LD作为泵浦源,使用长度为10. 8m的新型增益平坦掺铒光纤作为增益介质,采用可调谐光纤光栅滤波器进行波长调谐,调谐范围可达41nm (1528nm～1569nm) ,中心波长可精确调谐到C波段指定的ITU - T标准中心波长处, 3dB 带宽< 0. 08nm, 25dB带宽< 0. 2nm,波长稳定性优于0. 01nm,边模抑制比> 60dB。最大输出功率46. 94mW,功率稳定性优于±0. 02dB,阈值泵浦功率7. 3mW,斜率效率为39. 75%。并分析了不同腔长、不同输出耦合比对输出功率的影响。     

基于重叠光栅的双波长掺铒光子晶体光纤激光器

提出了一种基于光纤重叠光栅的双波长光子晶体光纤激光器。激光器采用线形腔结构,掺铒光子晶体光纤为激光器的增益介质,反射率均高于99%的光纤重叠光栅用作激光器的波长选择器件。基于增益均衡技术,抑制谐振腔内的模式竞争,在室温下获得了稳定的双波长激光同时输出。实验结果表明:其3 dB线宽小于0.02 nm,30 dB线宽小于0.25 nm,SMSR为54.34 dB,双波长激光的中心波长间隔为0.932 nm。该双波长激光器输出的双波长激光具有较好的稳定性。     

2μm全光纤结构铥钬共掺光纤激光器

为了实现高效、全光纤化的2μm激光输出,采用中心波长为1569nm附近的级联双包层铒镱共掺光纤放大器来抽运铥钬共掺单模光纤、1550nm/2000nm波分复用器、光纤耦合器构成的环形腔全光纤激光器。当915nm LD抽运驱动电流为6.9A时,获得的最大输出激光功率为57.23mW,斜率效率约为12%,线宽约为4.5nm,阈值抽运功率约为180mW。结果表明,该光纤激光器性能可靠,其在光纤传感、激光医疗等领域将有巨大应用前景。     

基于飞秒激光直写FBG的C+L波段掺铒光纤激光器

提出并设计了一种基于飞秒激光直写制备光纤布拉格光栅阵列的C+L波段掺铒光纤激光器,实现了波长可切换的单波长及双波长激光输出。采用飞秒激光透过聚酰亚胺光纤保护层在纤芯直写的方法,分别实现周期为538、542、547 nm的光纤布拉格光栅刻写,单个光栅栅区长度3 000 m。作为选频器件的光栅阵列反射波长分别为1 555.5、1 569.6、1 583.8 nm;选用长度为3 m的C波段和10 m的L波段掺铒光纤组合作为激光器增益介质,结合泵浦源、光纤布拉格光栅偏振控制器及宽带全反镜构成线形腔结构光纤激光器。实验结果表明:激光器工作阈值为35 mW,通过调节偏振控制器能够实现1 555.4、1 569、1 583.2 nm单波长激光可切换输出,激光3 dB线宽0.05 nm,边模抑制比大于35 dB;实验中分别对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,10 min内最大功率波动小于0.98 dB;通过调节偏振控制器可分别实现1 569、1 583.2 nm以及1 555.4、1 569 nm双波长激光同时输出,在10 min监测时间内,输出激光功率变化分别小于1.14 dB和4.48 dB。     

1×5倍Brillouin频移的可调MWBEFL的实验研究

可调谐性作为多波长光纤激光器的重要指标之一 ,可以用来评判激光器性能。为了增强多波长光纤 激光器的可调谐性,以适应密集波分复用系统与微波光子学的需求,基于布里渊效应,通过 三个布里渊频 移腔(BFS,包括有两个双倍频腔与一个单倍频腔),以及三个掺铒光纤放大器(EDFA) 联合,设计了一 种1×5倍Brillouin频移的可调多波长布里渊掺铒光纤激光器(MWBEF L)。EDFA作为受激布里渊散射(SBS)的开关控制不同倍频间隔的多波长产生,通过适当地调节不同EDFA的输出功率在 实验中得到了 单、双、三、四、五倍Brillouin频移的多波长输出,波长间隔分别为0.086 nm、0.172 nm、0.258 nm、0.344 nm、 0.430 nm,对应斯托克斯光(BS)阶数分别为18、7、5、2、1,并且输出激光在30 min的测量时间内表现 出很好的功率稳定性,最大的功率波动分别为0.867 dB,0. 594 dB,0.438 dB,0.814 dB, 0.389 dB。     

采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔光纤激光器

提出了一种采用F-P光纤环滤波器的窄线宽环形腔激光器,该激光器采用环形腔结构,两个耦合比为30:70的耦合器和一段2 m长的未泵浦掺铒光纤构成F-P光纤环滤波器,F-P光纤环滤波器产生的梳状谱,可以增大激光模式之间的自由光谱范围（FSR）,在一定程度上减小跳模现象的发生,有利于模式的稳定。研究表明,通过对掺铒光纤的优化和耦合器的选择可以提高F-P光纤环滤波器的精细度,而F-P光纤环中的未泵浦掺铒光纤起到饱和吸收体的作用,使输出激光的线宽得到有效压缩。将保偏光纤光栅和F-P光纤环滤波器共同应用于环形腔掺铒光纤激光器,在室温下得到了3 dB线宽均小于0.07 nm（实验室光谱仪最小分辨率）的窄线宽双波长输出。在2 h的观测时间内,最大峰值功率波动小于0.4 dB,具有良好的稳定性。