高增益C-波段Er3+/Yb3+掺杂磷酸盐玻璃波导的光路设计与信号放大模拟

论文摘要

全光通讯的飞速发展推动了长距离光纤网络的大规模构建,如何降低光通信过程中光信号损失的同时,提高器件的集成性始终是光通信领域的研究热点。一直以来,磷酸盐玻璃因为具有较高的稀土离子溶解度而不容易发生荧光猝灭现象,被认为是良好的光电子器件的基质材料。经过K+-Na+离子交换,电场辅助而埋入基板的磷酸盐玻璃波导表现出较低的表面散射损耗,对称的折射率分布以及与单模光纤良好的兼容性。在C-波段（1530-1565 nm）的光通讯传输窗口上,这种埋藏式Er3+/Yb3+掺杂离子交换的磷酸盐光波导放大器与一般的放大器相比具有增益大,结构紧凑,体积小,便于集成等优点,可以在微小尺寸的基片上内获得高信号增益。提高掺铒光波导放大器增益性能的主要途径有:一、增加Er3+掺杂的浓度和是但由于过高的掺杂浓度会引起严重的离子聚集,导致Er3+的发光效率降低;二、延长光波导的路径。因此有限的尺寸上设计出优良的波导结构,延长波导信号光的有效放大路径,成为提高集成波导增益性能最便捷而有效的途径。本文以Er3+/Yb3+掺杂的磷酸盐玻璃作为平面光波导的基质材料,设计出三种不同（S-型,U-型,F-型）弯曲结构的波导,延长波导中信号光放大路径,同时通过模拟仿真对三种结构波导的信号光强度增强的效果进行了有效预期。数据显示,波导结构上的优化处理可以快速而有效的增强了波导的光学增益,合理的结构设计可在较小尺寸基片上获得显著的信号增益。尤其是F-型弯曲波导具有优异的增益性和集成性,为磷酸盐玻璃波导集成器件的发展提供了可行性思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第二章 文献综述
• 2.1 稀土的简介
• 2.1.1 稀土元素的化学性质和冶金
• 2.1.2 稀土元素的物理性质
• 2.1.3 稀土离子的电子组态和发光机理
• 2.1.4 基质材料能量传递
• 2.2 光纤通讯概论
• 2.3 光放大器
• 2.4 掺铒的光放大器基本特性
• 第三章 模拟理论基础
• 3.1 光的模拟理论
• 3.2 S-型波导的仿真模拟
• 3.2.1 模拟参数设定
• 3.2.2 模拟变量设定
• 3.2.3 S-型波导图形
• 3.2.4 波导基本参数设定
• 3.2.5 连接模式
• 3.2.6 光波导弯曲损耗
• 3.2.7 最佳连接方式
• 3.2.8 模拟S-型波导
• 3+/Yb³⁺掺杂磷酸盐玻璃波导'>第四章 模拟实验基础-Er³⁺/Yb³⁺掺杂磷酸盐玻璃波导
• 4.1 热离子交换过程
• 4.2 辅助电场制备埋藏式波导
• 4.3 光波导的测试
• 3+/Yb³⁺掺杂磷酸盐玻璃波导的增益评估'>第五章 Er³⁺/Yb³⁺掺杂磷酸盐玻璃波导的增益评估
• 3+/Yb³⁺掺杂的埋藏式磷酸盐光波导的内增益系数'>5.1 Er³⁺/Yb³⁺掺杂的埋藏式磷酸盐光波导的内增益系数
• 5.2 波导的结构设计
• 5.3 波导模拟,选择最佳半径
• 5.4 波导的优化连接
• 3+/Yb³⁺掺杂的磷酸盐玻璃的增益对比'>5.5 Er³⁺/Yb³⁺掺杂的磷酸盐玻璃的增益对比
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 本文的研究特色和创新之处
• 致谢
• 附录A 研究生期间发表论文