1054nm阵列式光放大器的设计与制作

论文摘要

由于实际应用的光通信系统主要采用1550nm和1310nm的光传送信号,因而工作于这两个波长附近的光放大器受到人们的广泛关注和大量研究。由于波长的特殊性,工作在1054nm的光放大器被研究得相对较少。由于潜在的军事应用,国外的很多科研机构都对这类器件进行了大量的研究。而国内在该领域研究的相对较少,目前还处于起步阶段,研究水平与国外相比还有很大差距。本文主要探讨了在1054nm处实现光放大的阵列式光波导放大器的设计方案与光波导制作工艺,设计并成功制作了阵列式掺镱光纤放大器。主要完成了如下工作:1)详细总结了国内外的研究进展,设计了阵列式光波导放大器的实现方案,并分别对泵浦方式和光纤-波导的耦合问题进行了讨论。2)对平板波导制作工艺进行了详细的研究:通过大量实验研究了用混合融盐离子交换法在掺钕磷酸盐玻璃上制作光波导的工艺。运用离子交换原理分析了实验失败的原因,并成功探索出在这种材料上制作光波导的离子交换工艺,得到了制作单模波导和2到4个模式光波导的工艺条件。证明了在这种掺钕磷酸盐玻璃材料上能够制作出光波导。详细分析总结了平板波导制作过程中出现的问题,对影响实验结果的因素进行了讨论,提出了相应的改善措施,收到了良好的实验效果。3)对沟道波导制作工艺进行了初步的实验研究:根据放大器实现方案有针对性地设计了实用性较强的掩膜板。对沟道波导制作工艺进行了大量的实验研究,通过专门设计基片夹具和石英坩埚等措施改善了离子交换实验效果。采用不同工艺条件对沟道波导进行了离子交换实验研究,并在含有沟道波导的基片背面成功制作出了有1个和3个模式的平板波导,增加了沟道波导制作成功的可能性。详细分析了沟道波导制作中出现的问题,总结了影响实验效果的因素,并提出了相应的改善措施。4)设计并成功制作了阵列式掺镱光纤放大器:设计了放大器实现方案,并依据实现方案制作了阵列式掺镱光纤放大器。通过实验对掺镱光纤长度进行了优化。采用不同的方法对放大器的增益进行了测试,并根据测试结果提出了改进的放大器方案,取得了良好的实验效果,实现了设计目标。在阵列式光波导放大器的研究过程中解决了关键的工艺难题,取得了阶段性的技术突破。采用混合融盐离子交换法在掺钕磷酸盐玻璃上成功制作光波导,据我们所知这在国内尚属首次。平板波导和沟道波导的实验研究为阵列式光波导放大器的成功制作打下了良好的工艺基础。采用掺镱光纤制作了可实际应用的阵列式光纤放大器,能够同时对八路1054nm的脉冲信号进行放大,单路增益可达30dB以上。掺镱光纤放大器的实验研究为该器件的产品化和小批量生产提供了可靠性保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 掺钕光波导放大器发展概况
• 1.3 光纤放大器发展概况
• 1.3.1 掺钕光纤放大器发展概况
• 1.3.2 掺镱光纤放大器发展概况
• 1.4 阵列式光放大器的发展概况
• 1.5 本论文的选题依据和主要研究内容
• 第二章 阵列式光波导放大器的理论基础与总体方案设计
• 2.1 光波导理论基础
• 2.2 离子交换法制作光波导的理论基础
• 2.3 阵列式光波导放大器总体方案设计
• 2.3.1 光波导放大器的放大原理
• 2.3.2 阵列式光波导放大器的实现方案
• 2.3.3 泵浦方式的选择
• 第三章 阵列式光波导放大器实验研究
• 3.1 平板波导实验研究
• 3.1.1 离子交换法制作平板波导的实验方案
• 3.1.2 平板波导制作工艺流程
• 3.1.3 实验结果及其结果分析
• 3.1.3.1 交换温度的影响
• +浓度的影响'>3.1.3.2 Ag⁺浓度的影响
• 3.1.3.3 交换时间的影响
• 3.1.3.4 单模和多模工艺条件
• 3.1.4 影响实验结果的因素
• 3.1.4.1 基片的清洗
• 3.1.4.2 基片的预热
• 3.1.4.3 基片在融盐中的交换
• 3.1.4.4 交换后的冷却问题
• 3.1.4.5 熔盐质量的影响
• 3.1.4.6 实验环境的影响
• 3.2 沟道波导实验研究
• 3.2.1 沟道波导理论设计
• 3.2.2 掩膜板的设计
• 3.2.3 沟道波导制作工艺
• 3.2.4 沟道波导的离子交换实验研究
• 3.2.4.1 离子交换方式的改进
• 3.2.4.2 融盐脱水对离子交换的影响
• 3.2.4.3 沟道波导离子交换工艺条件
• 3.2.5 实验结果及结果分析
• 3.2.6 光纤-波导的耦合问题
• 3.2.7 影响沟道波导制作的因素
• 3.2.7.1 光刻的影响
• 3.2.7.2 玻璃花篮的影响
• 3.2.7.3 基片切割和抛光的影响
• 3.2.7.4 环境的影响
• 第四章 阵列式光纤放大器的设计与制作
• 4.1 光纤放大器的理论基础
• 4.2 阵列式光纤放大器的方案设计
• 4.3 阵列式光纤放大器的制作
• 4.3.1 光纤放大器的泵浦源
• 4.3.2 光纤放大器光路部分的制作
• 4.3.3 光纤放大器的组装
• 4.4 阵列式光纤放大器的测试
• 4.4.1 泵浦源的测试
• 4.4.2 掺镱光纤长度的优化
• 4.4.3 光纤放大器增益测试
• 4.5 改进的放大器设计方案
• 第五章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间的研究成果