光纤通信技术实验报告-掺铒光纤激光器.pdf

个人收集整理 勿做商业用途 得 分：_______ 光纤通信技术实验 （2 ） 掺铒光纤激光器的设计 实验报告 0 个人收集整理 勿做商业用途 一、实验目的 1、完成环形腔掺铒光纤激光器谐振腔的设计，通过选择环形腔中耦合器的不同 耦合比,优化设计激光器的阈值特性和输出效率. 2、通过使用不同滤波特性的滤波器，完成环形腔掺铒光纤激光器输出纵模特性 的设计和选择。 3、完成光纤激光器的构建,并进行相关性能参数的测试. 二、实验原理与背景知识 1.掺铒光纤 (EDF）与掺铒光纤放大器（EDFA) 当泵浦光通过掺杂光纤中的稀土离子（Er3+、Nd3+、Tm3+、Yb3+等)时,稀土 离子吸收泵浦光,使稀土原子的电子激励到较高激发态能级,从而实现通常所说 的粒子数反转.反转后的高能态粒子在外界光场的诱使下，以光辐射的形式从高 能级转移到基态，完成受激光辐射。 掺铒光纤放大器主要由波分复用器、大功率泵浦激光器、光隔离器和掺铒光 纤构成。根据泵浦光和信号光传播方向 的相对关系， 掺铒光纤放大器的结构可 分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种形式。EDFA 是利用掺铒光纤中掺杂的 稀土离子在泵浦光(波长 980nm 或 1480nm) 的作用下, 形成粒子数反转， 产生 受激辐射， 辐射光随入射光的变化而变化, 进而对入射光信号提供光增益 。其 1 个人收集整理 勿做商业用途 放大范围为 1530~1565 nm ， 增益谱比较平坦的部分是 1540～1560nm ， 几乎 可以覆盖整个 1550nm 工作窗口。 2。掺铒光纤激光器（EDFL) 掺铒光纤激光器是在掺铒光纤放大器技术基础上发展起来的。目前掺稀土元 素光纤激光器的研究受到了世界各国的普遍重视，成为国际激光器技术研究领域 一个十分活跃的前沿研究方向。 和传统的固体、气体激光器一样，掺稀土光纤激光器基本也是由泵浦源、增 益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器 （ LD) , 增益介质为掺稀土光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成 各种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学 系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益 并产生自发辐射.所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终 形成稳定激光输出。 由于掺稀土光纤激光器在增益介质和器件结构等方面的特点，与传统的激光 技术相比,在很多方面显示出独特的优点： （1） 较高的泵浦效率。通过对掺杂光纤的结构、掺杂浓度和泵浦光强度和 泵浦方式的适当设计，可以使激光器的泵浦效率得到显著提高.例如采用双包层 光纤结构，使用低亮度、廉价的多模LD泵浦光源即可实现超过60％的光光转换效 率。 (2） 易于获得高光束质量的千瓦甚至兆瓦级超大功率激光输出。光纤激光 器表面积/体积比大,其工作物质的热负荷小，易于散热和冷却. （3） 易实现单模、单频运转和超短脉冲(fs级）。 （4) 工作物质为柔性介质，使得激光器的腔结构设计、整机封装和使用均 十分方便。 （5) 激光器可在很宽光谱范围内 （455~3500nm)设计与运行, 应用范围广 泛。 （6) 与现有通信光纤匹配，易于耦合，可方便地应用于光纤通信和传感系 统。 上述特点使得光纤激光器在很多应用领域有着广泛的用途.特别是掺铒光纤 2 个人收集整理 勿做商业用途 近40nm宽的增益谱范围与光纤通信的最佳窗口 (1550nm窗口）相吻合，因而掺铒 光纤激光器的研究和开发在光纤通信领域得到了极大的重视。 常见的光纤激光器谐振腔类型主要有F—P 腔、光纤环形谐振腔、光纤环路 反射器及谐振腔、Fox-Smith 光纤谐振腔等几种结构。采用环形腔结构的光纤激 光器 （特别是单向运转的环形腔结构）可以