单频光纤放大器中泵浦作用的相位噪声

研究了铒镱共掺单频光纤放大器中100 Hz～1 kHz频段内的相位噪声,并通过实验证明该尖峰噪声为泵浦电源产生的相位噪声。从铒镱共掺光纤放大器的功率传输方程出发、结合泵浦激光的热传递函数,数值分析了泵浦功率、泵浦波长、增益光纤长度对100 Hz～1 kHz频段内相位噪声的影响。通过二级光放大结构对输出激光的相位噪声进行测量,并将实验结果与数值仿真结果进行对比,证明了理论模型的可靠性。该研究优化了主谐振功率放大结构铒镱共掺单频光纤放大器的相位噪声特性、并为提高相干合成时的合束效率提供指导。以上所得结果普遍适用于主谐振功率放大结构的光纤放大器。     

染料激光器泵浦的掺铒光纤放大器

光放大器可对光载波进行直接放大,省去了目前光纤通信中广泛采用的光一电、电一光转换的繁琐过程。掺杂光纤光放大器巧妙结合固体激光和光纤制适两种技术,使光放大器光纤化,克服了半导体激光放大器由于模式干扰引起的大噪声及其受温度、偏振影响大的缺陷。其中,掺铒(Er~(3+))光纤光放大器业已受到国内外广泛重视。 1989年下半年,我们用0.655μm的染料激光对4米长掺铒光纤进行反向泵浦,实现了1.54μm信号光的放大。泵浦光功率为9 dBm时,净增益为6.9dB。     

带反射镜双包层Er-Yb共掺光纤放大器性能研究

基于速率方程和传输方程,理论分析了带反射镜双包层ErYb共掺光纤放大器的输出信号功率和噪声性能。由于反射镜对剩余泵浦光的反射作用,致使激活光纤中参与能量转换的泵浦光增加,从而改善了双包层ErYb共掺光纤放大器的输出性能。数值结果表明,带反射镜光纤放大器只需要无反射镜光纤放大器激活光纤长度的一半,便能获得与之基本相等的高功率输出信号;对于同向泵浦和反向泵浦方式,其噪声系数均低于4dB。     

采用级连反向泵浦喇曼光纤放大器的长距离光纤传输系统中双重瑞利散射噪声的抑制

给出了反向泵浦喇曼光纤放大器中信号和双重瑞利散射噪声的计算方法,分析了双重瑞利散射噪声的特性,计算了采用光隔离器进行双重瑞利散射噪声抑制时,光隔离器的最佳位置。研究了使用多级反向泵浦喇曼光纤放大器的1080km光纤通信系统的传输特性,比较了信号和双重瑞利散射噪声在加入光隔离器前后沿传输光纤的功率变化。加入光隔离器以后,信号所受的影响不大,但双重瑞利散射噪声能得到有效抑制,可减少约三个数量级。1     

超长距离通信系统中远程泵浦的优化设计

文章介绍了一种用于密集波分复用(DWDM)超长距离通信系统中远程泵浦的传输设计方案.为了得到较大的增益与较小的噪声指数,我们选择了数值孔径小、掺杂浓度低的掺铒光纤,同时光路中还采用了对信号光全透、对泵浦光全反的二色镜来提高泵浦光的利用率.通过优化的光路设计,我们得到了增益＞17 dB、噪声指数＜7 dB的远程泵浦放大器.     

高功率光纤激光器受激拉曼散射致模式不稳定研究

通过稳态速率方程和热传导方程建立了高功率光纤放大器热光耦合的有限元模型,利用该模型对受激拉曼散射致模式不稳定效应进行了数值研究。对增益光纤为25/400μm的正向泵浦激光放大器,受激拉曼散射导致激光器信号光高阶模比例上升,当高阶模的比例达到5左右时,模场发生畸变,信号光出现了百毫秒量级的模式耦合,这与实验中观察到光强波动现象一致。本文仿真模型为研究高功率光纤放大器中受激拉曼散射和模式不稳定的关系提供了分析手段。     

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.     

CdSe/ZnS量子点掺杂聚合物光纤放大器增益特性分析

提出了一种半导体量子点CdSe/ZnS掺杂聚合物光纤放大器。测量了CdSe/ZnS量子点吸收和发射光谱,采用二能级结构和速率方程的方法,全面描述了CdSe/ZnS量子点掺杂聚合物光纤放大器的增益性能。计算了放大器增益随量子点掺杂光纤长度、量子点掺杂浓度和信号光强度的变化,给出了不同泵浦光强条件下的增益谱线及半高全宽。结果表明,在mW量级的泵浦条件下,CdSe/ZnS量子点掺杂聚合物光纤放大器可获得35dB以上的增益,获得相同增益所需泵浦光强度只有同类型染料掺杂聚合物光纤放大器的万分之一。泵浦光强与量子点掺杂浓度之间存在最佳对应关系,单位泵浦功率激发的最佳量子点数为6.33×107/mW。在室温下,CdSe/ZnS量子点掺杂聚合物光纤放大器具有550nm～610nm的带宽,含盖了聚合物光纤的低损窗口。     

正反向泵浦下掺铒光纤放大器的增益与自发辐射特性的研究

本文论述了掺铒光纤放大器在正向泵浦、反向泵浦时，它的增益与自发辐射特性的不同，通过对电子工业部第四十六研究所研制的掺铒光纤吸收谱的测量，计算了正向泵浦、反向泵浦时，泵浦光、某一波长的荧光功率、荧光总功率及信号光功率随光纤长度的变化，分析了正反向泵浦时，掺铒光纤放大器的荧光谱与增益谱，并讨论了双向泵浦情况下，放大器增益与光纤长度的关系。     

基于FBG铥钬共掺光纤放大器反向ASE的再利用

针对铥钬共掺光纤放大器在放大2μm以上长波段信号光时因存在反向放大的自发辐射(ASE)而造成的放大效率浪费的问题,提出了在放大器输入端插入一个中心波长为1950nm的光纤光栅(FBG)的方案,并从理论上研究了光栅参数对放大器在2μm以上波段增益特性的影响。通过数值模拟给出了几种不同的铥钬掺杂比例下、有无FBG时,放大器对2040nm信号光的增益随光纤长度的变化曲线,分析了插入FBG后放大器最大增益和对应的最佳光纤长度的变化,以及这种变化对铥钬掺杂比例的依赖性。通过模拟放大器输入端的反向ASE光谱,以及抽运光、信号光、ASE与FBG反射光功率沿光纤传输的演化行为,解释了FBG对放大器产生影响的根本原因,并进一步指出为提高放大器长波段增益而加入短波段FBG的适用条件。并初步研究了加入FBG对放大器增益谱及噪声特性的影响。     

A model for diffraction-limited high-power multimode fiberamplifiers using seeded stimulated Brillouin scattering phaseconjugation

Diffraction-limited polarized stimulated Brillouin scattering (SBS) Stokes output from a multimode fiber is possible when the Stokes beam is the phase conjugate of diffraction-limited polarized pump light from a narrow-band master oscillator. Net amplification can be obtained by interposing a gain medium, such as a fiber amplifier between the master oscillator and the region of SBS generation. This paper proposes and studies numerically a model which describes the space-time dynamics of SBS generation, including phase conjugation, attenuation, phonon decay, thermal noise, inhomogeneous broadening, and amplifier gain. Noise reduction and phase locking are obtained by seeding the low-power end of the fiber at the Stokes frequency. Simulations are described for the case of 1.064 μm light amplification in a dual-clad Yb-doped multimode fiber amplifier     

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。     

波长间隔可调谐多波长光纤光学参量振荡器

提出并实现了一种以高非线性色散位移光纤为增益介质,以光栅对形成谐振腔,简单线形结构的连续光抽运的波长间隔可调谐多波长光纤光学参量振荡器(MW-FOPO)。采用波长可调谐的窄线宽激光器作为抽运种子光源,以伪随机相位调制抽运光来抑制高非线性光纤中的受激布里渊(SBS)散射效应,结合高功率掺铒光纤放大器构成光纤光学参量振荡器的大功率抽运,通过四波混频(FWM)效应获得了室温下稳定的多波长激光输出。MW-FOPO的波长间隔可以通过调节抽运波长进行调谐。在1505~1615 nm光谱范围内,获得了17条消光比大于10 dB的多波长谱线。实验证明了MW-FOPO实现多波长激光光源的优异特性。     

单频大功率光纤放大器中抑制受激布里渊散射的理论分析

对单频大功率光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)抑制问题进行了分析和模拟。建立了双包层光纤放大器的含有受激布里渊散射效应的传输方程组,并考虑了温度差对受激布里渊增益系数的影响。通过数值求解方程组研究了前向、后向和双向抽运方式下,抽运功率、对流系数、光纤长度和斯托克斯频率偏移对受激布里渊散射增益的影响。在抽运功率、对流系数和光纤长度均相同的条件下,后向抽运方式的受激布里渊增益最小;对流系数或光纤长度的减少会降低受激布里渊增益。计算了总抽运功率为1kW,三段抽运方式下的受激布里渊增益,其结果远远大于增益阈值。因此,设计单频大功率光纤放大器宜采用后向抽运方式,尽量减小光纤外表面空气的对流速度以增加温度差,同时应该尽量缩短光纤长度。     

国产高功率光纤泵浦合束器特性研究

在全光纤结构光纤激光器/放大器中,泵浦合束器的功率特性直接影响激光器/放大器最终输出功率。依据合束器的基本结构,分析了合束器的损耗来源,研究了不同情况下某系列国产合束器的功率和温度特性。指出了泵浦损耗、泵浦回光、环境温度以及泵光亮度等因素对合束器工作温度的影响。对某国产新型高功率合束器进行测试,测试结果表明,单臂可输入功率大于100W,有望支撑全国产千瓦量级高功率光纤激光器,相关研究结果为合束器的设计和热管理提供了参考。     

S-band erbium-doped fiber amplifiers with a multistage configuration /sub e/sign, characterization, and gain tilt compensation

We report an S-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) with a multistage configuration in terms of its design, gain, and noise characteristics for various pump powers and input signal powers, the temperature dependence of the gain spectra, and gain tilt compensation for changes in input signal power and temperature change. We show that there is a tradeoff between low noise and efficiency in the S-band EDFA and describe the development of an S-band EDFA with a flattened gain of more than 21 dB and a noise figure of less than 6.7 dB. We also show that there is a change in the gain spectra with changes in the pump power and input signal power that is different from that observed in C- and L-band EDFAs, and that our EDFA has a temperature-insensitive wavelength. Furthermore, we develop a gain tilt compensated S-band EDFA that can cope with changes in input signal power and temperature.     

Determination of the threshold for instability in four-wave mixingmediated by Brillouin scattering

The threshold for instability in Brillouin-enhanced four-wave mixing has been experimentally determined as a function of both the phase mismatch and the ratio of the pump beam intensities and is shown to agree with theoretical modeling. The effective input noise intensity for four-wave mixing in the unstable regime is compared to the noise in a stimulated Brillouin scattering amplifier and is found to be higher by a factor of three in the forward direction. Competition between two input signals has been investigated, and it is shown that the signal which arrives first dominates the interaction in the unstable regime     

On the Temperature-Dependent Gain and Noise Figure Analysis of C-Band High-Concentration EDFAs With the Effect of Cooperative Upconversion

We present an efficient temperature-dependent analysis to study the effect of cooperative upconversion on the temperature-dependent gain (TDG) performance of the C-band erbium-doped fiber amplifier (EDFA) at high-concentration. The influence of cooperative upconversion on the TDG is examined by using a set of temperature-dependent rate and light propagation equations. In the analysis given, the amplified spontaneous emission (ASE), as well as the excited state absorption (ESA) are also considered. In the forward pumping configuration at a signal wavelength of 1547 nm and in the temperature range of - 40degC to + 80degC, the variations of the TDG and the noise figure (NF) are about 1.7 and 0.9 dB, respectively. Numerical analysis results show that, with 260-mW/1480-nm pump power, an erbium-doped fiber amplifier having a doping concentration of 4.4 times 10²⁶ ion/m³ and optimum length of 9.2 cm may reach a signal gain of 44.6 dB and a noise figure of 3.9 dB at room temperature.