铒/镱共掺双包层光纤放大器的性能优化

【摘要】：近些年来,随着信息需求量的不断增长,信息传输速率从每秒几十兆比特发展到每秒太比特以上,在DWDM、CATV以及FTTH等大功率分配系统中,都要求光纤放大器具有更高的饱和输出功率,而普通掺铒光纤放大器依赖于单模激光二极管的泵浦,输出功率小,难以满足多波长信号放大的要求,于是,基于双包层技术的高功率铒/镱共掺光纤放大器也就应运而生。双包层光纤的研究是一个巨大的突破,在提高输出光功率方面起到很大的推进作用。包层光纤不要求泵浦激光为单模激光,不需要泵浦光直接耦合进光纤,只要耦合进包层即可,大大提高了吸收面积和吸收效率,可以使用大功率的多模激光器作为泵浦光源。 本文首先回顾了光纤放大器的发展历史,并列举了高功率铒/镱共掺光纤放大器的应用前景。介绍了双包层光纤的结构和双包层光纤较之于单包层光纤主要的优点,分析了铒/镱掺杂浓度比对光纤特性的影响及铒/镱系统的能级结构,对双包层铒/镱共掺光纤放大器的相关性能参数进行了阐述,并从速率方程和功率传输方程出发,深入讨论了铒/镱共掺光纤放大器的理论模型。接着对光纤长度、泵浦光功率、信号光功率以及铒/镱离子的掺杂浓度比例对光纤放大器增益特性的影响进行了数值模拟,分析仿真结果从而选择了放大器最优的参数。最后,探讨了提高铒/镱共掺光纤放大器稳定性的方法,通过引入一个1.0μm波段的辅助信号,来抑制由于泵浦功率的提高而产生的Yb波段放大自发辐射及其导致的自激振荡,并分析了仿真结果中不同波长的辅助信号对放大器性能的影响。