光波導(dǎo)放大器的增益特性研究與制作.pdf

1、光通信器件的集成化是現(xiàn)代光通信的發(fā)展方向。工作于1.55μm光通信窗口的摻鉺集成光波導(dǎo)放大器(EDWA)是繼摻鉺光纖放大器(EDFA)、半導(dǎo)體光放大器之后的又一新型光放大器,近年來引起人們極大的興趣。
　　摻鉺光波導(dǎo)放大器具有損耗低、單位長度增益高、體積小、成本低、噪聲系數(shù)低、很小的極化相關(guān)性，便于集成等特點(diǎn)，正受到越來越廣泛的關(guān)注。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，EDWA將在通信領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。它能夠非常容易地與隔離器、相位陣列波導(dǎo)

2、、分插復(fù)用器、調(diào)制器、光開關(guān)等損耗器件集成在同一基片上，從而制成多種光通信集成有源器件。研究表明磷酸鹽玻璃是鉺離子的良好基質(zhì)，可進(jìn)行高濃度的摻雜。雖然鉺離子在磷酸鹽玻璃中具有較大的發(fā)射截面，但對(duì)波長為980nm泵浦光來說，其吸收截面較小，可用鐿離子與之摻雜來補(bǔ)充這一不足。
　　本文對(duì)摻鉺磷酸鹽波導(dǎo)放大器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。由速率方程得出光波導(dǎo)放大器的增益公式，分析影響放大器增益的各個(gè)因素。主要從鉺鐿離子的摻雜濃度，放大器的結(jié)構(gòu)及泵

3、浦功率三方面加以討論。實(shí)驗(yàn)上采用銀膜電場輔助離子交換方法制作玻璃波導(dǎo)。主要的研究內(nèi)容有：
　　1．對(duì)放大器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，為了縮小器件的尺寸，提高放大器的增益，在一塊很小的基片上制作彎曲波導(dǎo)。采用BPM軟件模擬光場在彎曲波導(dǎo)中的分布，用保角變換和射線法計(jì)算其彎曲損耗及增益，最后對(duì)不同結(jié)構(gòu)的彎曲波導(dǎo)進(jìn)行比較。理論證明在彎曲半徑大于2mm的情況下，彎曲波導(dǎo)所引起的輻射損耗很小。
　　2．對(duì)泵浦方式進(jìn)行改進(jìn)，基于鄰近波導(dǎo)間的耦

4、合原理，提出一種能在整個(gè)波導(dǎo)長度上泵浦功率逐漸耦合進(jìn)信號(hào)光波導(dǎo)中的耦合結(jié)構(gòu)。在這種設(shè)計(jì)中，泵浦光從一個(gè)非吸收泵浦光的波導(dǎo)逐漸耦合進(jìn)臨近的放大波導(dǎo)中。用耦合模理論(CMT)處理兩個(gè)平行波導(dǎo)之間的耦合。與端部泵浦方法相比，該方法不但可以提高放大器的增益，而且可以進(jìn)一步提高降低泵浦功率。
　　3．實(shí)驗(yàn)上采用銀膜電場輔助離子交換方法制作光波導(dǎo)。通過實(shí)驗(yàn)操作及理論分析，銀膜電場輔助離子交換方法制作玻璃波導(dǎo)具有以下優(yōu)點(diǎn)：銀膜離子交換可以完全采