Experimental optimization of an erbium-doped super-fluorescent fiber source for fiber optic gyroscopes

Double-pass forward and double-pass backward erbium-doped super-fluorescent fiber sources(EDSFSs) were combined in one configuration.A 980 nm laser diode pumped the same erbium-doped fiber from both directions using a coupler as a power splitter.The double-pass configuration was achieved by coating the fiber end face.Firstly,an optimal fiber length was found to obtain a high stability of output light wavelength with pump power, and then 1530/1550 nm wavelength division multiplexing was used for spectrum planarization,which expanded the bandwidth to more than 22 nm.The final step was a test of temperature stability.The results show that the rate of the central wavelength change kept to below 3.5 ppm/℃in the range of -40 to 60℃and 1-2 ppm/℃in the range of 20-30℃.Considering all the three factors of the fiber optic gyro applications,we selected 80 mA as the pump current,in which case the central wavelength temperature instability was calculated as 2.70 ppm/℃, 3 dB bandwidth 22.85 nm,spectral flatness 0.2 dB,output power 5.17 mW and power efficiency up to 9.92%.This experimental result has a significant reference value to the selection of devices and proper design of ED-SFSs for the application of high-precision fiber optic gyroscopes.     

Double-pass L-band EDFA with enhanced noise figure characteristics

A new double-pass long wavelength band erbium-doped fiber amplifier with enhanced noise figure characteristics is demonstrated by adding a short length of forward pumped erbium-doped fiber (EDF) in front of a double-pass amplifier. Compared with the conventional double-pass amplifier, the new amplifier provides noise figure improvement of about 0.8 to 6.0 dB over the flat-gain region from 1568 to 1600 nm. Since the optical circulator prevents the amplified signal and backward amplified spontaneous emission from propagating into the EDF, the population inversion of the input part of the amplifier is hardly affected by the intense lights, therefore, the noise figure could be kept low. The new double-pass system has achieved a flat-gain output at about 33.5 dB, which is 13.5 dB higher than that of the single-pass system with gain variation less than 1.3 dB at the flat-gain region. The noise figure varies from 5.9 to 6.6 dB in this region.     

新颖的双级双程输出C L波段高功率宽带光源

在分析了采用掺铒光纤(EDF)产生C波段和L波段光的基础上，进一步分析了双级双程结构实现C L波段宽带光源(BBS)的基本原理，优化设计后并通过实验用双级双程结构实现了高功率C L波段宽带放大的自发辐射(ASE)同时输出。其中，第1级采用双程前向可实现功率为19．2mW(12．93dBm)，平均波长为1552．823nm的C L(1520～1610nm之间)ASE输出；第1级采用双程后向可实现功率为21．13mW(13．25dBm)，平均波长为1552．925nm的C L(1524～1610nm之间)ASE输出，两级所用的光纤长度分别为7m(低浓度)和31m(高浓度)。对比分析两种结构输出光谱的抽运光利用效率、光滑平坦特性后，可得出第1级采用双程后向的双级双程是一种更为理想的实现C L波段高功率ASE输出的结构。     

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。     

双程后向结构掺铒光纤超荧光光源研究

通过编制1套图形界面的模拟分析软件,对双程后向结构掺铒光纤超荧光光源有关输出功率、带宽和平均波长特性进行了理论模拟。结果表明,通过选取适当的掺铒光纤长度,总能实现光源的平均波长不依赖于泵浦功率的高稳定性。并报道了研制的双程后向结构掺铒光纤超荧光光源。     

Polarized Superfluorescent Fiber Sources

We report the theoretical and experimental performance of new, linearly polarized superfluorescent fiber sources (SFS). Internal polarization is produced either by splicing a fiber polarizer at an optimum location along a standard Er-doped SFS or by using a single-polarization Er-doped fiber. Numerical simulations predict that when operated in the backward, forward, or double-pass configuration, these SFSs produce nearly twice the power in the desired linear polarization as a standard, unpolarized SFS. This efficiency figure depends weakly on the polarizer location and extinction ratio, but requires a low polarizer insertion loss ( < 0.5 dB). Laboratory prototypes of a backward and a forward polarized SFS are presented that exhibit a power output in the desired linear polarization about 1.75 times larger than that of an unpolarized SFS, and an extinction ratio in excess of 17.5 dB.     

一种C+L波段高功率掺铒光纤宽带光源

利用两段掺铒光纤作为增益介质，获得G波段与L-波段同时输出的高功率放大自发辐射(ASE)光。采用双级双程结构，两级分别采用前向和后向抽运方式，实现了功率高达19．20mw(12．83dBm)的C L波段(1520～1610nm)高稳定放大自发辐射光源，中心波长为1552．82nm。其中以低浓度铒光纤输出起种籽光作用，提高了光源的功率，调整了光谱平坦度。分析了两级抽运源参量的变化对光源各方面性能的影响。     

采用光纤滤波器的高波长稳定性掺铒光纤光源

研究了双程后向结构掺铒光纤光源的平均波长对泵浦功率的赖性。实验结果表明,通过采用掺铒光纤滤波器以及选择合适的泵浦功率,平均波长随泵浦功率的变化能够降低到-9 ppm/mW。在-40~+60℃ 温度范围内,光纤光源的平均波长不稳定性小于33 ppm(峰峰值)。采用5 m 长的掺铒光纤、泵浦功率55mW 与泵浦波长974.2nm 时,光纤光源输出光波的谱宽达到17nm,功率达5.83mW。     

瓦级双包层光纤超荧光光源的实验研究

采用大功率半导体激光器抽运25m掺Yb双包层光纤，在单程装置中，前向(SPF)和后向(SPB)分别获得了1．46w和1．82w最大超荧光功率，斜度效率分别为23．4％0和29．2％，3dB带宽最大为11nm。采用特定范围波长双色镜作为前腔镜，形成双程前向(DPF)装置，获得最大超荧光输出功率2．12W，此时斜度效率为43．2％，中心波长在1070nm，输出光谱平坦性较好，3dB带宽从单程的11nm提高到42nm。     

用于高精度光纤陀螺的宽带掺铒光纤光源

综述了掺铒超荧光光纤光源的国内外研究发展现状,详细探讨了单程前向、单程后向、双程前向、双程后向等几种典型的光源结构;分析了掺铒超辐射型光纤光源的输出特性与泵浦光波长、泵浦功率、光纤长度以及光学反馈的关系;并介绍了当前为改善光源带宽、平均波长稳定性以及输出功率这三个主要参数以满足高精度光纤陀螺的需求所做的一系列探索及研究现状,指出了其技术难点,对掺铒超荧光光纤光源的研究具有一定的参考价值。     

高功率宽带掺铒光纤超荧光光源研究

研究了高掺杂铒光纤构成的双程后向结构超荧光光源输出特性,高掺杂铒光纤在制作超荧光光源方面具有输出功率高和带宽宽的优点.通过模拟得到在一定泵浦功率下获得最大输出带宽的最佳掺铒光纤长度.利用980 nm半导体激光器泵浦优化得到的10 m长的Lucent-LRL光纤,并用自制光纤圈反射镜构成双程后向结构,获得了26 mW的高功率宽带超荧光输出.     

传感用高功率高稳定性掺铒光纤超荧光光源

文章通过优化掺铒光纤的各种参量，用两个980nm激光二极管做抽运源，用一个3dB耦合器制作成光环形镜，采用双级双程前向泵浦结构，实现了功率最高达52．8mw（17．15dB）的稳定的高功率宽带超荧光光源。在未加任何滤波器的情况下，其3dB带宽可迭40nm。该光源已成功用于油气管线检测工程实践中。     

Improvement of gain and noise figure in double-pass L-band EDFA by incorporating a fiber Bragg grating

An obvious improvement on both the gain and noise figure (NF) is demonstrated in the new double-pass L-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) with incorporating a fiber Bragg grating (FBG). Compared with the conventional L-band EDFAs, the gain is improved by about 6 dB in the new configuration for a 1580-nm signal with an input power of -30 dBm at 60 mW of 980-nm pump power. It is important that the NF is greatly reduced in the new configuration, as the FBG greatly compresses the backward amplified spontaneous emission. For the economical utility of pump power and erbium-doped fiber length, such a configuration may be a very competitive candidate in the practical applications of L-band EDFAs.     

高功率高效率掺铒光纤超荧光光源

优化设计了高功率、高效率掺铒光纤超荧光光源的参数。采用商用掺铒光纤,针对双程后向结构,首先仿真了光源输出功率和带宽随掺铒光纤长度的变化,并用对等实验验证了模拟结果,初步确定掺铒光纤长度的优化范围;理论研究了反射镜反射率对光源性能的影响,计算出最佳反射率并模拟了该反射率下光源的输出光谱;实验研究了抽运功率对光源平均波长的影响,确定了优化的抽运功率范围,并进一步确定了掺铒光纤的优化长度。实验选用110mW抽运功率,13.74m掺铒光纤,获得了输出功率为46.9mW的高功率光纤光源,其抽运转换效率可达42.6%,且光源保持了约34.54nm的宽带宽。     

双程后向结构铒光纤超荧光光源的理论分析

本文数值模拟了掺铒光纤超荧光光源的物理过程,对单程前向／后向结构光源的理论与实验结果进行了比较,两者达到了很好的符合,包括在输出信号频谱分布上,文中给出了有关双程后向结构光源特性的理论分析,首次表明,通过优化反射镜参数,在稳定的前提下,双程后向结构光源具有优于其他结构光纤光源的频带宽和泵浦率。     

前、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性分析

为了研究前向、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性,在受激喇曼散射功率耦合方程组的基础上,采用龙格-库塔法结合打靶法分别计算了前、后向抽运功率、信号功率沿光纤的演化过程,并给出了抽运功率和信号功率的计算结果.结果表明,前向抽运系统中信号开始被放大,在最大处开始快速减小.低频抽运光的功率开始被放大的原因是由于抽运光之间的非线性相互作用引起的.后向抽运时信号开始被缓慢减小,然后在距离光纤末端处快速增加.这为以后喇曼光纤放大器的设计提供了重要的参考.     

前、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性分析

为了研究前向、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性,在受激喇曼散射功率耦合方程组的基础上,采用龙格-库塔法结合打靶法分别计算了前、后向抽运功率、信号功率沿光纤的演化过程,并给出了抽运功率和信号功率的计算结果。结果表明,前向抽运系统中信号开始被放大,在最大处开始快速减小。低频抽运光的功率开始被放大的原因是由于抽运光之间的非线性相互作用引起的。后向抽运时信号开始被缓慢减小,然后在距离光纤末端处快速增加。这为以后喇曼光纤放大器的设计提供了重要的参考。     

用于传感的具有平坦带宽掺Er光纤超荧光光源的研究

设计和实现了一种双程后向泵浦结构的掺Er光纤(EDF)超荧光光源。通过1×2端的980nm耦合器和980nm的LD,实现了单管双泵浦作用,改善了光源输出光谱、带宽和平坦度,在未加滤波器的情况下,最高功率可达41.48mW(16.18dBm),3dB带宽可达40nm,平坦度为±1.5dB。该光源结构简单、易于实现,应用于光纤光栅(FBG)传感系统,可实现多FBG传感信号峰值功率均衡。     

一种简单的高功率L波段超荧光光源

采用双程前向结构,在一根高浓度掺铒光纤中实现了功率高达13.13mW(11.18dBm)、平均波长为1578.53nm的L波段高功率超荧光输出,在1570nm～1620nm间的功率高于9.38mW。可满足分布式光纤光栅传感、DWDM等由C波段向L波段扩展的带宽及功率需求,同时与C波段光匹配后,可得到功率高于20mW的C+L波段宽带高功率光输出。其中采用普通耦合器制作的光纤圈反射器,将后向的C波段ASE重新引回光纤中,提高了抽运源的利用效率和光纤输出光的稳定性,同时分析了光源的输出功率、平均波长、稳定性等随光纤长度、抽运功率的变化特征,对于光源的应用设计提供参考。     

高功率光纤激光器反向光放大和损伤特性数值分析

利用速率方程模型对主振荡?功率放大器结构的1 μm波段掺镱（Yb）高功率光纤激光器中存在连续波反向信号光时的功率特性进行了理论分析,结果显示反向信号光功率会被高功率激光放大器所明显放大,10 kW级的光纤激光器中,100 W的反向信号经过放大器后功率会被放大至kW量级;与此同时,反向信号放大过程对反转粒子数的消耗会导致激光器的正向输出功率的严重下降。另外,反向信号放大也会导致放大器输出端的激光功率过强,加剧泵浦吸收和受激发射过程,增加该处的热负载、导致温度大幅上升100 ℃以上,对稳定性产生潜在影响。反向信号导致振荡器提供的正向种子光功率波动和下降时,正向信号不能充分饱和有源光纤中的增益,会进一步加强反向信号在主放大级中的放大作用,进而对系统造成更严重的影响。提高正向种子光功率、增强正向信号对激光增益的饱和作用,有助于抑制反向信号的放大过程,但需综合考虑种子源稳定性、热负载、热致模式不稳定和受激拉曼散射等因素合理选择种子光功率。