高功率Er3+/Yb3+共掺光纤放大器研究

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:近年来,光纤通信事业的快速发展,对光纤放大器的性能提出了更高的要求。随着光纤通信技术对放大器日益增加的功率需求,铒/镱共掺双包层光纤放大器以其在1550nm光通信波段的高饱和输出功率特性,而受到人们越来越多的关注。本文根据铒/镱共掺光纤特性,双包层光纤的结构特点,利用包层泵浦耦合技术,从理论和实验两方面对高功率光纤放大器进行了研究,主要工作如下:首先,分析了铒/镱共掺光纤中Yb3+离子的掺杂作用,以及双包层光纤结构对包层泵浦吸收效率的影响;分析了Er3+/Yb3+共掺能级系统的能级跃迁及速率方程和功率传输方程组。根据龙格库塔法则分析了双包层光纤放大器的输出信号功率、增益随光纤长度、输入泵浦功率以及输入信号光功率的关系。其次,基于光学设计软件OptiSystem对铒/镱共掺光纤放大器各参数进行了仿真优化。研究了不同抽运光、信号光输入对应的放大器放大特性,并对有源光纤长度、包层大小、稀土离子掺杂浓度等参数对放大器输出性能所产生的影响进行了分析。通过搭建前向、后向、双向泵浦方式的仿真模型,研究了铒/镱共掺光纤放大器的增益谱和噪声特性。对比分析了双级结构和单级结构铒/镱共掺光纤放大器的放大特性。最后,根据铒/镱共掺光纤放大器各参数优化结果,搭建了前向抽运的铒镱共掺双包层光纤放大器。在信号功率OdBm, EDFA饱和输出功率23dBm, Er3+/Yb3+共掺双包层光纤长度为5m,多模泵浦激光器的输出功率20.44W的条件下,获得了37.12dBm(5.15W)的输出功率,斜率效率为25.19%。实验研究了光纤放大系统的ASE谱特性,以及在不同的抽运功率、不同功率输入信号光情况下,放大输出性能的变化,并分析了不同泵浦方式对放大器性能的影响。分析了试验中观察到的绿光现象、1060nm波段荧光现象以及自激振荡现象。并总结了高功率光纤放大器制作的关键技术。
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