掺铒磷酸盐波导激光器的研究和光波导的计算与制作

论文摘要

随着光纤通信和光测距等领域技术的不断发展,对信息传播的载体,提出了更高的要求,可以说光源的质量好坏很大程度上决定了整个系统的性能。本文分析的磷酸盐波导激光器在这两个领域都有着非常广泛的应用。本文在考虑自发辐射的情形下,采用速率方程和传输方程,建立了掺铒磷酸盐玻璃波导激光器的数学模型,利用重叠积分法和龙格—库塔法对的掺铒磷酸盐波导激光器进行了模拟。在模型中传输方程是不含时的稳态方程,泵浦光是980nm 的连续光。讨论了输出信号光能量和光波导的掺铒离子浓度、泵浦光功率、波导长度的关系。由此可以很好地对波导激光器的实际研制做出最优化的设计。本文先对正方形波导的内部模场采用了马可梯里法和有限元法进行了数值计算。在马可梯里法中用经典的二分法求解超越方程,并作出了波形图。有限元法的计算过程中要建立特征值矩阵,我们采用了第一类强制边界条件:Dirichlet边界条件,求解并作出了基模等四个模式的波形图。有限元法的突出优点在于它的精度高和适用于不规则的求解区域,所以在求解正方形波导的基础上又将有限元法应用于长条形波导和脊形波导。在实验中重点制作了平板光波导,利用m 线技术得到了632.8nm 波长的激光在离子交换平板波导中传播的模折射率。用“反WKB 法”计算了波导的折射率轮廓。具体分析了波导厚度和交换时间、交换温度、银离子浓度的关系。

论文目录

• 摘要
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 国内外发展概况
• 1.2 本论文的主要工作
• 第二章 激光器的基本原理
• 2.1 光受激辐射的基本概念
• 2.2 光放大的原理
• 2.2.1 光放大的概念
• 2.2.2 实现光放大的条件:集居数反转
• 第三章 波导激光器的基本理论和输出特性的研究
• 3.1 波导激光器的材料掺铒磷酸盐玻璃
• 3.2 影响掺铒磷酸盐光波导激光器性能的主要因素
• 3.3 掺铒磷酸盐激光器的数值模型
• 3.3.1 建立速率方程
• 3.3.2 传输方程的建立
• 3.3.3 重叠积分法
• 3.3.4 数值计算的结果及其模拟
• 第四章 掺铒玻璃波导的算法研究
• 4.1 光波导的概念
• 4.2 标量Helmholz 方程的推导
• 4.3 Marcatili 法求解光波导
• 4.3.1 E pxq 模式
• 4.3.2 数值计算结果
• 4.4 有限元法求解光波导
• 4.4.1 变分法
• 4.4.2 一阶三角形单元
• 4.4.3 边界条件
• 4.4.4 求解步骤小结
• 4.4.5 模拟计算的结果
• 第五章 器件设计与制作
• 5.1 制作方法的分类
• 5.2 制作方法的特点
• 5.3 光波导制作材料的选择
• 5.4 光波导的制作
• 5.5 波导激光器的设计
• 第六章 掺铒磷酸盐光波导的参数测定
• 6.1 平板光波导折射率和厚度的测定方法介绍
• 6.2 实验所测数据结果
• 6.3 对实验测得的结果分析
• 第七章 总结
• 致谢
• 附录一二分法程序
• 附录二 反WKB 法计算折射率分布程序
• 附录三 有限元法程序
• 个人简历