掺铥光纤放大器地研究

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1、中文摘要摘要：随着光纤通信技术的发展，特别是WDM／DWDM技术的日趋成熟，对于S波段及S+波段(1450nm～1520nm)光放大的需求R渐升高，而Tm3+的能级结构中存在满足S波段及S+波段光放大的能级跃迁。虽然铥离子的能级结构十分复杂，但是掺铥光纤放大器(TDFA)是s波段及s+波段最具潜力的激光放大器件之一，对于光纤通信系统的通信窗口向S波段及s+波段拓展具有十分重要的意义和价值。所以掺铥光纤放大器已经成为光纤通信器件新的研究热点之一。本论文重点对掺铥光纤放大器泵浦源激光器的输出光场强度分布以及经过单透镜和双透镜耦合后的光场强度

2、分布进行了分析、仿真和比较；基于速率方程和传输方程分析了掺铥光纤放大器的性能，建立了数学模型并进行了大量模拟仿真，其主要工作和创新点如下：1．概述铥元素的能级结构特点，对其光谱特性、掺铥光纤放大器的研究现状以及掺铥光纤放大器的系统组成结构进行了介绍，在此基础上对掺铥光纤放大器的泵浦方式进行了总结和比较。2．研究了掺铥光纤放大器泵浦源激光器的输出光场强度分布，在此基础上理论推导了泵浦源激光器输出光束经过单透镜和双透镜耦合后的光场强度分布，根据理论分析结果进行了仿真并对仿真结果进行了分析和比较。结果表明，双透镜耦合后输出光束不会因为传输距离

3、过大而导致光束分离，在相同的前提条件下双透镜耦合后输出光束的半径要远小于单透镜，即双透镜的耦合效果明显优于单透镜。3．基于速率方程和传输方程对掺铥光纤放大器的泵浦方案进行了理论分析，建立了掺铥光纤放大器泵浦方案的数学模型，并求解了相应的数学方程，根据求解结果讨论了数学模型中各参数对掺铥光纤放大器性能的影响。4．分别模拟仿真了氟化物玻璃和碲酸盐玻璃掺铥光纤放大器的输出信号增益特性，详细研究和分析了铥离子的掺杂浓度、光纤长度、泵浦功率等参数对放大器的输出信号增益特性的影响。仿真结果表明掺铥光纤放大器中，光纤长度、掺杂浓度和泵浦功率三者之间存

4、在着匹配关系。当输出信号增益一定时，在相同光纤长度条件下，掺杂浓度越高，所需泵浦功率越低；在相同掺杂浓度条件下，泵浦功率越高，所需的光纤长度越短；在相同泵浦功率条件下，掺杂浓度越高，所需的光纤长度越短。关键词：掺铥光纤；光纤放大器；透镜耦合；速率方程；传输方程；信号增益分类号：TN253；TN929．11j量塞銮适厶堂殛±堂僮论塞△旦墨!B△￡至ABSTRACTABSTRACT：ThedemandoftheS-bandopticalamplificationisrapidlyincreasingwiththedevelopmentofo

5、pticalcommunicationtechnology,particularlytherapiddevelopmentofWDM／DWDM．TheenergystructureinTm’+existthetransitionwhichcanmeettheS-bandandS+一band．Althoughtheenergystructureofthuliumionsareverycomplex，thulium-dopedfiberamplifier(TDFA)isthemostimportantdevicefortheS-bandan

6、dS+-bandopticalamplification，anditsresearchwillbeverysignificantforthefurtherbroadeningtheopticalcommunicationbandwidth．Thulium—dopedfiberamplifiershavebecomenewhotspotofopticalfibercommunicationdevices．Inthispaper,wemainlydosomeanalysis，simulationandcomparisonaboutthese

7、miconductorlasermulti—corepigtailoutputtinglightfieldintensity,勰wellastheoutputtinglightfieldintensitydistributionofLDmulti—corepigtailsingle-lensanddual-lenscoupled．Weanalyzethulium—dopedfiberamplifierperformancebasedontherateequationandthetransferequationanddoalotofsim

8、ulations．Themajorandinnovationalworkisasfollows：1．Overviewthelevelstructuralfeaturesofelementsofthethul