铒镱共掺光纤放大器的.研究

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1、第一章绪论1．1研究的背景光纤通信是当今世界上发展最快的领域之一，也是中国光电子产业发展的最快最主要的领域。它为日益激增的信息业提供了一种最佳信息传输技术，被认为是“信息高速公路"建设的重要基础。互联网的兴起及各种先进数据业务的不断涌现，使人们对网络容量的需求出现了爆炸性的增长，未来的高速通信网必将向光网络技术发展。人们普遍认为，点到点的波分复用(WDM)通信系统是实现全光网络的第一步，也是解决21世纪前半叶通信需求的最可信赖的高新技术。wDM光通信系统对各种光子元器件的功能提出了更高的要求，发展全光纤光子器件

2、以及全光纤光子集成将是一项重要的和关键的选择。光纤通信发展到今天，经历了几个大的阶段，传输光纤从多模到单模，通信窗口从早期的850rim、1300nm到1550nm波段，损耗和色散一直是限制光通信系统进行无中继长距离传输的限制因素。传统上，克服光纤损耗、增加传输距离的方法主要是在通信线路中建设大量的中继站，在中继站中需要对信号进行光电转换、电放大、再定时、脉冲整形以及电光转换等一系列处理。由于其对数据不透明、处理速度存在电子瓶颈等缺陷，使得这种方式不适于日益增长的通信需求。补偿光纤损耗的最有效方法是用光放大器直

3、接对光信号进行放大，人们加大了对各种光放大器的研究，终于在80年代末研制出了用于通信波段直接光放大的掺铒光纤放大器(EDFA)，随之而来的是光纤通信技术的一场革命。EDFA具有高增益、宽频带、低噪声、结构简单、插入损耗低、增益特性于偏振无关等许多优良特性，它以直接光放大代替了传统的光电再生中继，克服了“电子瓶颈"效应，同时具有对光信号的传输速率和数据调制格式透明的特点。正因如此，EDFA一经出现就引起了高度的关注和研究，并在随后获得了广泛的应用，成为波分复用(WDM)系统中理想的中继放大设备。而随着光纤通信向速

4、度更快、带宽更大方向发展，对光纤放大器的性能提出了许多新的要求，这就给光通信研究人员带来了新的机遇和挑战。1．2光纤放大器概述早在1964年人们就开始研究光纤放大器，随着低损耗稀土掺杂光纤工作特性和制造技术的不断发展，直到1986年才开始实际使用。许多稀土元素如铒、钬、钐、镨、铥、和镱等，都可用于制造工作在从可见光到红外区的不同波长上2铒镱共掺光纤放大器的研究的光纤放大器，其中，掺铒光纤放大器(EDFA)格外引人注目，自从1989年掺铒光纤放大器(EDFA)用于光通信的实验成功后，可以说十多年来光通信与EDFA

5、互为推动，都得到了空前的发展。掺铒光纤放大器不仅可以用作中继放大器，还可以用作发送端的功率放大器和接收端的低噪声预放大器。EDFA与其他放大器比较，具有增益高、噪声低、工作频带宽、输出功率高、抽运效率高等优良特性，在系统应用中又有插入损耗低、对偏振态的不敏感、信道间的串扰可忽略不计、对传输码率与格式及系统升级透明等优点，使超高速、超大容量、超长距离的密集波分复用(WDM)技术和光孤子传输技术成为现实，它是现代光通信系统中不可或缺的关键器件之一。光纤放大器和光纤激光器都是利用掺稀土元素光纤中的光放大效应，他们的发

6、展是密不可分的。Snitzer和Koester在1963年和1964年分别发表了多组份玻璃光纤中光放大结果，当时他们正为美国光学公司工作。在光纤放大器方面的早期工作还有前苏联的Letokhov和Pavlik。在20世纪80年代中后期，英国南安普顿大学的电子工程系、物理系也卷入了这个领域的研究【铀】，他们在其中扮演了非常重要的角色，他们用MCVD方法制作掺杂单模光纤，并由此构成激光器，从而再度唤起人们对这个邻域的兴趣。此后该校的这两个研究小组先后报道了光纤激光器的调Q，锁模，单纵模输出及光纤放大器方面的研究工作。

7、英国通信研究实验室(BTRL)于1987年首次报道了其研究结果，他们的研究人员在增益和激发态吸收等领域做了大量的基础工作，最重要的成果是制成了利用半导体激光器作为抽运源的光纤激光器和放大器。1995年，瑞典的Th．Weber等人研制出输出286mW的掺Nd双包层光纤激光器。1998年L．Goldberg等人发表V型槽侧面抽运耦合方式。其他在这个领域内发表过研究成果的研究机构还有德国汉堡的技术大学、NTT、Hoya、宝丽来公司、日本的三菱、美国的PolaroidCorpration、斯坦福大学和GTE等。国内从2

8、0世纪80年代末和90年代初，在上海硅酸盐研究所、北京建材研究院、天津46所及武汉邮电研究院及上海科大也开始了光纤放大器的研究，并取得了一些阶段性的成果。90年代中后期，复旦大学激光物理与光学实验室、南开大学物理科学学院、华南师范大学量子电子学研究所、上海光机等研究机构在这个领域也有一定的成就。1．3光纤放大器的种类和应用自从激光器在1960年被发明以来，为了获得更高的功率，人们对光放