铒镱共掺波导放大器的增益特性

在忽略放大自发辐射(ASE)及均匀掺杂和稳态的情况下,在初始能量转移效率的基础上从速率方程和传输方程出发,推导出了用于分析铒镱共掺波导放大器(EYCDWA)的新公式.利用这些公式分析了泵浦光功率、信号光功率、掺杂浓度、波导长度对放大器增益特性的影响,并与单掺铒波导放大器(EDWA)进行了比较,得到了一些具有实用价值的模拟结果.     

铒镱共掺磷酸盐玻璃波导放大器及上转换性质

研究了采用离子交换和电场辅助退火法制作的铒镱共掺磷酸盐波导放大器的增益特性,测量了Er2O3,Yb2O3掺杂浓度分别为2.2wt%和4.7wt%,长度为1.2cm的器件增益,在130mW,976nm泵浦光泵浦下,输入信号光功率小于1mW时,在1535nm处得到8.5dB的小信号相对增益;当泵浦功率为30mW时,可观测到绿色的上转换辐射光,发光强度随泵浦功率增加而增大;通过单色仪和光电倍增管接收此光,确定是铒粒子由2H11/2和4S3/2能级分别跃迁至基态的上转换辐射光.     

Optimization of an Er-doped silica glass optical waveguideamplifier

The optical gain performance of a highly Er-doped waveguide amplifier is affected by concentration quenching and cooperative upconversion effects. Based on materials parameters, which were previously determined for Er-doped sodalime-silicate glass, we calculate how the gain performance can be improved by reducing these limiting processes. For amplifiers with an Er concentration exceeding 0.1 at.%, the Er dc-excitation rate is dominated by cooperative upconversion rather than radiative decay or nonradiative decay due to coupling to defects. The effect of lowering the waveguide loss and reducing the optical mode diameter is also demonstrated     

铒镱共掺光波导放大器的优化

本文介绍了光波导放大器的理论,分析了由于铒离子吸收截面小和铒离子浓度过高带来的聚集效应,并认为由该聚集效应引起的协同上转换和激发态吸收会限制掺铒磷酸盐光波导放大器的增益.将镱离子作为敏化剂掺入到光波导放大器中,不仅可以降低饵离子高浓度引起的聚集,而且可以有效地解决光波导的增益问题.在考虑协同上转换效应的基础上,用龙库算法研究了饵镱共掺的光波导放大器,讨论了镱离子浓度和波导长度两个主要影响因素,并且计算出了最佳的波导长度和最佳的掺镱浓度.     

1.55 μm波段聚合物光波导放大器的研究

合成了铒镱共掺的三元配合物［Er1/2Yb1/2(HFA)3(TPPO)2］,并将其掺杂在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,制备了铒镱共掺的聚合物光波导有源材料,对材料的吸收、发射特性进行了表征。在980 nm抽运光激发下,该配合物在1535 nm波长处的荧光半峰全宽为80 nm。针对该材料,建立了980 nm抽运光激发下的原子速率方程和光功率传输方程,理论计算了铒离子掺杂浓度、重叠积分因子、信号光发射截面等参数对铒镱共掺聚合物光波导放大器性能的影响。计算表明,当材料中铒离子的掺杂浓度为0.3×1020 cm-3时,在2 cm长的波导中可获得1.87 dB的光增益。     

超宽带Er3+-Tm3+共掺石英光纤放大器串联特性分析

在不影响Er3 -Tm3 共掺石英光纤超宽带放大特性的前提下,提出了利用串联的方式提高系统功率增益的方法,并模拟仿真了两级串联此种石英光纤的工作特性.仿真结果表明:两级串联的Er3 -Tm3 共掺石英光纤的功率增益可达20 dB,基本上解决了其宽带放大但只具有低功率增益的特性.通过与现阶段其它宽带光放大器比较,可以看出采用此种方式的Er3 -Tm3 共掺石英光纤放大器无论在系统复杂度还是在成本方面都具有明显优势.     

基于长周期光栅的宽带磷酸盐玻璃波导放大器

提出一种基于长周期波导光栅的宽带集成Er-Yb掺杂磷酸盐玻璃集成波导放大器,其中增益平坦光栅滤波器直接刻蚀在有源波导上.放大器模型建立在考虑了上转换之后的传输与速率方程基础上,利用重叠积分与龙格-库塔相结合的方法进行求解.放大器的本征增益谱通过求解重叠积分龙格-库塔方程得到,放大器的有害增益峰由长周期波导光栅滤波器来消除.讨论了长周期波导光栅透射谱对放大器增益平坦的影响.数值计算结果表明,在1 532～1 565 nm范围内,放大器的平均增益约为20 dB,增益抖动小于3 dB.研究结果表明,该结构可有效地消除本征增益谱中的峰值增益,提高放大器的增益平坦带宽.     

S-type Er-Yb Co-doped Phosphate Glass Waveguide Amplifier Integrated with Cascaded Multilayer Medium Thin Film Filter

A new S-type of erbium-ytterbium co-doped phosphate glass waveguide amplifier integrated with cascaded multilayer medium thin film filter is proposed, this S-type geometry waveguide structure is used to achieve a long path in a compact chip,and obtained higher gain with lower Er-doped concentration. The cascaded multilayer medium thin film filter is utilized to achieve a broader flattening gain bandwidth. The intrinsical gain spectrum is obtained by solving rate and power propagation equations, the effect of transmittance spectrum of thin film filter on flattening gain is discussed.     

步长对光波导放大器数值模拟的影响

用四阶龙格-库塔法计算了10cm长光波导放大器中的光功率传输方程,研究了步长对放大器增益特性的影响,计算结果表明：步长对放大器增益特性的影响较大,特别是当步长为1cm时,放大器的增益在非饱和区呈振荡状态：     

AlGaInAs-InP材料系1550nm偏振无关半导体光放大器

采用低压金属有机气相外延设备生长并制作了1550nm AlGaInAs-InP偏振无关半导体光放大器,有源区为3周期的张应变量子阱结构,应变量为-0.40%.器件制作成脊型波导结构,并采用7°斜腔结构以有效抑制腔面反射.经蒸镀减反膜后,半导体光放大器的自发辐射功率的波动小于0.3dB,3dB带宽为56nm.半导体光放大器小信号增益近20dB,带宽大于55nm.在1500～1590nm波长范围内偏振灵敏度小于0.8dB,峰值增益波长的饱和输出功率达7.2dBm.     

Double Clad Er-doped Fiber Amplifier

Presented is a theoretical study of double-clad Er-doped fiber power amplifier（EDFA）. Two kinds of double clad fibers（DCF） with rectangular and ＂flower＂ inner clad shapes are studied, and these fibers have different coupling constants and propagation losses. We calculate the effective pump power absorption ratio along the fiber with different coupling constants from the first cladding to the doped core and with different propagation losses for the power in the inner cladding. Then the gains of the double clad Er-doped fiber amplifiers versus fiber lengths are calculated using the EDFA model based on propagation and rate equations of a homogeneous, two-level medium.     

Yb3+对掺铒碲酸盐玻璃红外和上转换发光的影响

研制了Er3+/Yb3+共掺TeO2-ZnO-La2O3玻璃,测试了Er3+离子的吸收谱、荧光谱和上转换发光谱,系统研究了975 nm抽运下Yb3+离子对于Er3+离子1.5 μm波段荧光性能及其上转换发光性能的影响.结果表明,随着碲酸盐玻璃中Yb2Os含量的增加,Yb3+离子对Er3+离子的能量传递增强,Er3+离子1.5 μm波段的荧光强度和上转换发光强度相应增大,但后者相对于前者增加更为迅速.通过对粒子数速率方程的理论模拟,计算结果与实验测量结果较为一致,表明Er3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃是一种优良的潜在上转换激光器增益介质.对上转换发光分析表明,强烈的绿光和红光激发是基于双光子的吸收过程.     

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。     

Thin Film Filter for Broadband IR Integrated Waveguide Amplifiers

A new S-type of IR integrated waveguide amplifiers, based on erbium-ytterbium co-doped phosphate glass integrated with medium thin film filter, is proposed. The intrinsical gain spectrum of the proposed amplifier is obtained by solving rate and power propagation equations, a thin film filter flattening this intrinsical gain spectrum is designed by genetic algorithm, and fabricated. An average gain >10dB is obtained between 1530nm and 1560nm, and the average gain about 18dB between 1531nm and 1550nm with gain difference of <3dB is achieved.     

铒铥共掺碲基质宽带光纤放大器研究

文章作者分析了铒铥共掺碲基质光纤放大器在980 nm泵浦下Er~(3+)-Tm~(3+)离子之间的能量转移过程,建立了速率方程和功率传输方程,并通过仿真得出了其放大增益随光纤长度和泵浦功率的变化规律.仿真结果表明:通过优化光纤长度和泵浦功率,该放大器可以在1 440～1 540 nm波段得到高达50 dB的平坦增益.     

集成光波导放大器波导截面面积的优化

从信号光及泵浦光在波导内的模式分布出发,提出了一种新的重迭因子的分析方法,对1 480 nm波段泵浦的掺铒光波导放大器(EDWA)进行了研究.探讨了光波导截面面积对EDWA增益的影响,得出了波导获得最大增益的波导截面面积范围,最后指出重迭因子是影响波导增益的一个重要方面.     

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。     

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.     

不同波长泵浦的掺铒Al2O3薄膜光波导1．53μm荧光特性

本文通过分析饵的能级结构,考虑了合作上转换、激发态吸收及交叉驰豫等上转换机制,给出了掺铒（Er^3 )Al2O3薄膜光波导1480nm、80nm和820nm3种泵浦波长下的速率方程,通过求稳态解,分析了3种波长泵浦时发射的1．53μm荧光特性以及合作上转换和激光态吸收对荧光的影响,结果表明利用980nm波长泵浦时可得到相对较强的1．53μm荧光,产浦强度时激发态吸收对荧光影响较大,而在高掺（Er^3 ）浓度时合作上转换占主导地位。     

Er–Yb Waveguide Amplifiers in Novel Silicate Glasses

A set of novel silicate glasses containing ZnO and co-doped with Er³⁺ and Yb³⁺ was designed as substrates for optical waveguide amplifiers. Characterized by exceptionally low up-conversion, minimum Er concentration quenching and high mechanical as well as chemical stability, the reported glasses can compete with phosphate-based materials typically used in the state-of-art active devices. Straight channel waveguides with propagation losses as low as 0.18 dB/cm were fabricated in these substrates using Ag⁺ hArr Na⁺ and K ⁺ hArr Na⁺ thermal ion exchange. Net on-chip gain values of 6.7 dB at 1537 nm were measured and a net fiber to-fiber gain of 5 dB was achieved when pumped at 976 nm. A six-level spatially resolved numerical model of an Er-Yb co-doped active waveguide was developed to analyze and optimize the amplifier performance. Modification of the rare-earth dopant concentration and the channel waveguide geometry was proposed to increase the gain figure and improve the overall amplifier efficiency.