铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤特性分析与设计

论文摘要

本文介绍了掺铒光纤放大器(EDFA)的特点及其单位长度增益小、输出功率小的缺点。由此引出了铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤、双包层结构以解决上述两个问题。论文对铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤和双包层的理论进行了研究。这部分工作包括了三个方面:首先介绍了铒离子的能级结构以及掺铒磷酸盐玻璃的光谱特性。接着通过求解速率方程和传播方程研究了铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤的增益特性,并详细分析了铒离子掺杂浓度、泵浦光功率、信号光波长、光纤长度对铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤增益的影响。最后研究了双包层结构中泵浦光吸收效率问题。介绍了双包层结构问题的基本假设。分析了两种圆形的双包层结构,即同心双包层结构和偏心双包层结构得出了泵浦光吸收效率同结构尺寸的关系。正方形包层结构同圆形结构相比有更高的泵浦光吸收效率。基于合理的假设,精心设计的模型,本文详细研究了矩形的双包层结构光纤泵浦光吸收效率的理论,得到了泵浦光吸收效率同双包层结构的关系。在理论分析的基础上本文对铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤进行了设计。为了获得更高的增益和更大的输出功率,本文对基质材料、磷酸盐玻璃材料的组分、制作工艺、铒镱共掺系统的铒镱离子浓度、比例进行了设计。基于本文对矩形的双包层结构的分析,设计了矩形的双包层结构光纤。最后研究了磷酸盐玻璃光纤及包层的制作方法,分析了制作过程中可能出现的问题。本项目样品制作由209 所完成。到目前为止已经完成光纤预制棒的制作。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 国内外光纤放大器的发展概况
• 1.2 光纤放大器的分类
• 1.3 本论文的工作
• 第二章 铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤的基本理论
• 2.1 铒离子的能级结构以及掺铒磷酸盐玻璃的光谱特性
• 2.1.1 铒离子的能级结构
• 2.1.2 掺铒玻璃的光谱特性
• 2.1.3 介质增益系数及实现光放大的条件
• 2.2 铒镱共掺光纤的速率方程
• 第三章 铒镱共掺磷酸盐玻璃增益特性分析
• 3.1 内部增益沿光纤方向的分布情况
• 3.2 铒镱离子掺杂浓度与增益特性的关系
• 3.3 量子转换效率同增益特性的关系
• 3.4 泵浦光功率同增益特性的关系
• 3.5 信号光波长对增益特性的影响
• 3.6 光纤长度对增益特性的影响
• 3.7 不同基质材料的对光纤放大器增益的影响
• 第四章 双包层结构光纤泵浦光吸收效率研究
• 4.1 圆形包层泵浦光吸收率研究
• 4.1.1 同心型双包层结构泵浦光吸收效率分析
• 4.1.2 偏心型双包层结构泵浦光吸收效率分析
• 4.1.3 圆包层结构总结以及其他包层结构介绍
• 4.2 正方形双包层结构泵浦光吸收效率研究
• 4.2.1 问题分析
• 4.2.2 证明正方形包层比圆包层泵浦光吸收效率高
• 4.2.3 正方形包层结构泵浦光吸收率的数值分析
• 第五章 光纤设计与制作研究
• 5.1 光纤设计
• 5.1.1 磷酸盐玻璃的设计与制作方法
• 5.1.2 纤芯杂质浓度设计
• 5.1.3 光纤尺寸的设计
• 5.1.4 光纤包层设计
• 5.2 光纤制作过程中注意的问题
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表（录用）文章列表