HiBi光纤Sagnac环增益平坦化及多波长ASE光源的研究

论文摘要

由于高双折射光纤(HiBi optical fiber)Sagnac环具有良好的梳状滤波特性，可以广泛应用于研制各种符合波分复用(WDM)技术发展要求的高性能光电子器件和模块，近年来受到人们的广泛重视。本文在详细研究了掺铒光纤的自发辐射和受激跃迁机理的基础上，通过对单段和多段型高双折射光纤Sagnac环光学特性的系统与深入的理论与实验研究，进行了HiBi光纤Sagnac环掺铒光纤超荧光光谱平坦化以及和ASE多波长光源的理论分析与数值仿真研究。本文的主要工作包括以下几个方面：1)．在深入调研国内外掺铒光纤超荧光光源的研究现状及发展趋势的基础上，明确了研究掺饵光纤超荧光光源的意义。其次在调研国内外多波长光滤波器的基础上，指出高双折射光纤Sagnac环作为一种多波长梳状光滤波器，具有高的边模抑制比、入射光偏振不敏感、通道间隔可调，反射透射光谱易于调节等优点。是一种理想的多波长滤波器，同时多段高双折射光纤Sagnac环还可用来平坦掺铒光纤的放大自发辐射(ASE)谱。2)．在分析了掺铒光纤的基本原理和结构的基础上，从速率方程出发建立了掺铒光纤数值模型，通过数值仿真给出了各种参数条件下前后向自发辐射荧光谱，上下能级粒子数，泵浦功率的变化曲线，并就各曲线变化规律和已发表的文献进行了比较给出了相应的分析。3)．利用JONES矩阵方法建立了可用于分析任意段高双折射光纤Sagnac环的理论模型和数值计算程序。通过数值仿真给出了各个参数条件下的关系曲线；并就多波长滤波特性进行了实验验证。4)．利用前两步的理论模型数值分析程序，通过数值模拟计算了一定泵浦功率条件下的掺铒光纤自发辐射功率谱，单段高双折射光纤Sagnac环多波长滤波透射谱和两段高双折射光纤Sagnac环增益补偿透射谱。通过数值仿真给出增益平坦化的多波长自发辐射荧光谱输出。对掺铒光纤功率平坦多波长ASE光源进行的数值分析与研究结果表明，这种光源在多波长光纤传感和短距离中低速率WDM光纤通信系统等领域具有广泛的潜在应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题背景及课题来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 掺铒光纤荧光光源的研究现状
• 1.2.2 多波长光滤波器研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 EDFA的理论模型与数值仿真研究
• 2.1 引言
• 2.2 EDFA的基本结构和原理
• 2.3 掺铒光纤的增益和自发辐射特性
• 2.3.1 掺铒光纤的能级图
• 2.3.2 光与物质相互作用理论
• 2.3.3 谱线加宽、线形函数及受激辐射和受激吸收截面
• 2.4 EDFA理论模型
• 2.4.1 各能级粒子数微分方程
• 2.4.2 稳态时粒子数微分方程的简化及求解
• 2.4.3 初始条件及光功率模场分布拟合
• 2.4.4 光纤单模传输的条件，截至波长及光纤参数选择
• 2.4.5 光功率传输方程
• 2.5 数值求解方法
• 2.6 仿真结果及分析
• 2.6.1 泵浦光功率对输出特性的影响
• 2.6.2 光纤长度对输出特性的影响
• 2.6.3 光纤结构对输出特性的影响
• 2.7 本章小结
• 3 高双折射光纤Sagnac环的理论分析及实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 高双折射光纤Sagnac干涉环结构
• 3.3 高双折射光纤Sagnac干涉环理论分析
• 3.4 数值仿真
• 3.4.1 单段高双折射光纤构成的Sagnac环
• 3.4.2 多段高双折射光纤构成的Sagnac环
• 3.5 高双折射光纤Sagnac环多波长滤波实验
• 3.6 本章小结
• 4 Sagnac环增益平坦化及多波长ASE输出的研究
• 4.1 概述
• 4.2 EDFA自发辐射噪声谱的模拟仿真
• 4.3 高双折射光纤Sagnac环模拟仿真
• 4.4 EDFA自发辐射噪声谱的多波长输出
• 4.5 由EDFA和Sagnac环构成的多波长ASE光源的数值仿真
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集