高增益鉺鐿共摻磷酸鹽光纖放大器的研究和制作.pdf

1、摻鉺光纖放大器(EDFA)是實(shí)現(xiàn)全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵性器件。傳統(tǒng)的EDFA由于泵浦效率低，所用摻雜硅酸鹽光纖長(zhǎng)度都在幾米到幾十米間，在小型化、集成化上缺陷明顯。為了得到厘米量級(jí)的EDFA，Er<'3+>摻雜濃度必須足夠高，但當(dāng)Er<'3+>濃度超過10<'25>ions/m<'3>時(shí)就會(huì)因?yàn)閲?yán)重的離子間相互作用而導(dǎo)致濃度淬滅。研究發(fā)現(xiàn)采用Er<'3+>/yb<'3+>共摻及選用磷酸鹽玻璃作為基質(zhì)可以有效地解決濃度淬滅問題。yb<'3+>吸收

2、截面比Er<'3+>大將近一個(gè)量級(jí)，而且能將吸收的泵浦功率通過能量轉(zhuǎn)移傳遞給Er<'3+>，從而提高了泵浦效率。磷酸鹽玻璃對(duì)稀土離子有很高的溶解度，而其高聲子能量使得Yb<'3+>到Er<'3+>的能量傳遞效率可高達(dá)95％。 本文首先對(duì)Er<'3+>/yb<'3+>共摻磷酸鹽玻璃光纖放大器增益特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。利用五能級(jí)速率方程研究了高濃度摻雜下發(fā)生的共協(xié)上轉(zhuǎn)換與交叉弛豫效應(yīng)，及Er<'3+>/yb<'3+>共摻下Yb<'3+

3、>到Er<'3+>的能量傳遞，計(jì)算了摻雜光纖在泵浦光和信號(hào)光作用下不同能級(jí)上的粒子數(shù)分布。利用有限差分光束傳播法模擬了泵浦光和信號(hào)光在激發(fā)后的摻雜光纖中的傳輸狀況。利用數(shù)值模擬，我們分析了Er<'3+>濃度、Yb<'3+>濃度、光纖長(zhǎng)度、泵浦光功率、信號(hào)光功率對(duì)放大器增益的影響，并與單摻Er<'3+>的光纖做了比較，證實(shí)了Yb<'3+>的摻入能在很大程度上提高吸收效率。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)泵浦光功率為224mW、信號(hào)光功率為-30dBm時(shí)

4、，Er<'3+>濃度為 2.6x10<'26>ionscm<'3>、Yb<'3+>濃度為1.2×10<'27>ions/m<'3>的3.6cm光纖增益能達(dá)到27.2dB，單位增益量為7.56dB/cm。 在實(shí)驗(yàn)部分，采用了一種新的方法來制作光纖預(yù)制棒，并利用自制的簡(jiǎn)易拉絲爐成功拉制出無摻雜光纖。由于摻雜玻璃燒制的滯后，我們利用國(guó)外公司制作的光纖進(jìn)行放大器實(shí)驗(yàn)。測(cè)量了單程前向泵浦高增益磷酸鹽光纖的放大的自發(fā)輻射(ASE)譜及其輸出