宽带掺铒光纤超荧光光源特性研究

论文摘要

掺铒光纤超荧光光源由于其优异的特性已经广泛应用于密集波分复用系统（DWDM）、光纤传感系统和光纤陀螺（FOG）中。早期的研究主要集中于C波段（1525-1565nm）,但是最近几年由于光纤通信业务的飞速发展对L波段（1565-1625nm）的扩展成了迫切需求,于是对L波段以及C+L波段SFS的研究也成了最近研究的趋势和热点。本文主要研究稳定的L波段宽带掺铒光纤超荧光光源（SFS）以及C+L波段平坦的宽带光源。论文的主要工作包括三个部分:第一部分包括前三章,这部分主要是对国内外光纤宽带光源的发展历史、研究现状和趋势进行了较为详细的阐述。首先介绍了超荧光光源的基本原理,讨论了掺铒光纤超荧光光源的理论模型并给出了SFS的传输和速率方程。第三章在介绍L波段SFS产生的基本原理的基础上,先对结构简单的DPF结构的L波段SFS的特性进行了理论研究,在理论的指导下选择合适的光纤长度进行了相关验证实验,实验和理论模拟取得了较好的吻合,证明常规的双程前向结构可以获得L波段的输出,也说明所采用的仿真软件具有很好的准确性。在第二部分提出了级联的双程前向结构（DPF）L波段SFS。通过理论模拟发现通过选择优化的光纤长度比例和泵浦比例,两级DPF结构的输出功率和输出线宽均优于单级的DPF结构,并且两级DPF结构可以获得平均波长对泵浦功率不敏感的特性。随后的实验结果验证了这一结论。在第三部分研究了同时可以覆盖C+L波段的SFS。通过对产生C+L波段的原理分析发现对于两级的DPF结构,通过选择合适的光纤总长度以及合理分配两级光纤的长度,可以获得同时覆盖C+L波段的平坦ASE光谱输出。在理论模拟优化结构参数的基础上,实验中在未加任何滤波器的情况下通过参数的优化获得了一组带宽超过80nm的平坦C+L波段SFS输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景和发展现状
• 1.2.1 掺铒光纤超荧光光源特性
• 1.2.2 掺铒光纤超荧光光源的研究进展
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 掺铒光纤超荧光光源（SFS）的理论分析
• 2.1 超荧光光源的基本原理
• 2.1.1 光的自发辐射
• 2.1.2 放大自发辐射（ASE）
• 2.2 掺铒光纤超荧光光源的结构简介
• 2.2.1 掺铒光纤超荧光光源的四种基本结构
• 2.2.2 宽带超荧光光纤光源的几种改进结构
• 2.3 掺铒光纤超荧光光源的理论模型
• 2.3.1 铒离子能级模型
• 2.3.2 速率方程及边界条件
• 2.4 掺铒光纤超荧光光源输出参数
• 第三章 单级L波段SFS理论和实验研究
• 3.1 L波段SFS产生的原理
• 3.2 仿真环境和实验装置介绍
• 3.2.1 软件模拟环境介绍
• 3.2.2 实验装置及主要器件介绍
• 3.3 双程前向（DPF）结构的L波段SFS特性研究
• 3.3.1 DPF结构的L波段SFS的模拟分析
• 3.3.2 DPF结构的L波段SFS的实验研究
• 3.4 小结
• 第四章 两级L波段SFS理论和实验研究
• 4.1 两级DPF结构L波段SFS特性的模拟分析
• 4.2 单级与两级DPF结构L波段SFS特性比较
• 4.3 两级DPF结构L波段SFS特性的实验研究
• 4.4 小结
• 第五章 C+L波段SFS理论和实验研究
• 5.1 C+L波段SFS的产生原理
• 5.2 两级DPF结构C+L波段SFS特性研究
• 5.2.1 两级DPF结构C+L波段SFS理论研究
• 5.2.2 两级DPF结构C+L波段SFS实验研究
• 5.3 小结
• 第六章 全文总结和展望
• 附录
• 参考文献
• 发表论文和获奖情况说明
• 致谢