辅助阅读材料 第一章光纤器件 444444以阳 44444以s 4444444Fg 4444445以1 44444以h Ert (d) 图1.6掺饵光纤中E能级图，14ms为上能级平均寿命 1基本结构 掺铒光纤激光器的基本结构与其它类型的激光器基本相同，主要由泵浦源、 掺稀土元素光纤、谐振腔等部件构成。此处掺铒光纤是增益介质。当泵浦光（多 采用半导体光源)通过掺铒光纤时，借助泵浦光的能量实现E#的反转分布，随 后出现受激辐射光放大。常见的谐振腔结构主要有两种： (1)F-P腔 使用介质膜或金属膜的方法构成下-P腔，典型的线性腔光纤激光器如图1.7所 示。可以有单向泵浦、双向泵浦两种，其中单向又可分为正向泵浦和反向泵浦 两种方式，反向泵浦可使更多泵浦光能量转化为信号光能量，因而可获得比同向 泵浦光高约3dB的增益，但反向泵浦方式噪声系数将比同向泵浦高（约1.5dB),二 者相结合的双向抽运可实现高增益。 (2)环形腔 泵浦光能量由980nm1550nm波分复用器耦合到掺铒光纤中构成环形谐振 腔，隔离器的作用是提高激光输出的稳定性，耦合比可视要求而定
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 图 1.6 掺铒光纤中Er3+能级图，14ms为上能级平均寿命 1 基本结构 掺铒光纤激光器的基本结构与其它类型的激光器基本相同，主要由泵浦源、 掺稀土元素光纤、谐振腔等部件构成。 此处掺铒光纤是增益介质。当泵浦光（多 采用半导体光源）通过掺铒光纤时，借助泵浦光的能量实现Er3+的反转分布，随 后出现受激辐射光放大。常见的谐振腔结构主要有两种： （1）F-P 腔 使用介质膜或金属膜的方法构成F-P腔，典型的线性腔光纤激光器如图1.7所 示。可以有单向泵浦、双向泵浦两种， 其中单向又可分为正向泵浦和反向泵浦 两种方式，反向泵浦可使更多泵浦光能量转化为信号光能量，因而可获得比同向 泵浦光高约3dB的增益,但反向泵浦方式噪声系数将比同向泵浦高(约1.5dB)，二 者相结合的双向抽运可实现高增益。 （2）环形腔 泵浦光能量由 980 nm /1550nm 波分复用器耦合到掺铒光纤中构成环形谐振 腔，隔离器的作用是提高激光输出的稳定性，耦合比可视要求而定。 6
辅助阅读材料 第一章光纤器件 掺饵光纤 耦合器 配液光纤光裙 光纤光栅 隔离器 980nm激光二极管 00 掺饵光纤 隔离器 耦合器 耦合器 激光二极管 输出 (b) 图1.7掺铒光纤激光器结构(a)F-P腔：b)环形腔) 2输出特性的实验研究 (1)实验装置 掺铒光纤激光器的实验系统由半导体激光器、波分复用器、EDF(掺铒光纤)、 光耦合器、频谱分析仪等组成，光路实验连接图如下： PORT1 PORT3 激光拾出 4801550150nm ORT2 PORT4 480/1550WD 1480/1550WDM 140n LD2.OU Sin in 480nm DFB-LD 图1.8掺饵光纤激光器实验系统图 在图1.8所示的实验系统中，1480m半导体激光器作为泵浦源，为铒离子 在掺铒光纤中基态和亚稳态之间形成粒子数反转分布提供能量。 (2)激光器输出光功率 将光纤激光器输出端至光功率计OPM,OPM量程置1mW档，连接1480nm >
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 (a) (b) 图 1.7 掺铒光纤激光器结构（(a) F-P 腔； (b) 环形腔） 2 输出特性的实验研究 （1）实验装置 掺铒光纤激光器的实验系统由半导体激光器、波分复用器、EDF(掺铒光纤)、 光耦合器、频谱分析仪等组成，光路实验连接图如下： 图 1.8 掺铒光纤激光器实验系统图 在图 1.8 所示的实验系统中，1480nm 半导体激光器作为泵浦源，为铒离子 在掺铒光纤中基态和亚稳态之间形成粒子数反转分布提供能量。 （2）激光器输出光功率 将光纤激光器输出端至光功率计 OPM，OPM 量程置 1mW 档，连接 1480nm 7
辅助阅读材料 第一章光纤器件 泵浦激光器控制信号至主机的LD2.OUT端口，设置LD2工作模式MOD)为恒 流模式(ACC),驱动电流(Ic)置为0。缓慢增加1480nm泵浦激光器驱动电流，0 至300mA每隔5mA记录一次泵浦激光器(1480 nm DFB)输出光功率和掺铒光纤 激光器输出功率（即OPM功率数据），测得的实验数据如表1.1所示，其中c (mA)为驱动电流，Pp(mW)为泵浦光功率，Po(μW)为光纤激光器输出 光功率。 表1.1掺饵光纤激光器测最数据 Ic (mA) Pp (mW) Po (uW) Ic (mA) Pp (mW) Po (uW) 0 0 0 155 37.9 363.5 0 0 160 39.3 378.6 10 01 0 165 40.8 3884 02 0 170 424 395.8 20 0.3 175 43.9 398.8 25 0.3 0 180 45.4 401.9 0.6 0.5 185 46.8 405.0 4.3 190 48.3 3998 40 37 12.7 195 49.9 398.5 45 5.4 24.2 200 51.3 406.1 50 6.9 37.4 205 52.7 465.9 8.5 524 210 540 5102 10.0 68.5 215 55.2 552.0 11.5 102.3 220 56.3 554.1 70 131 1200 225 57g 573.9 75 14.5 1378 230 595 5743 80 16.0 156 235 61.0 572.8 85 17.4 174.4 240 62.5 561.2 0 189 1909 245 640 5600 95 20.3 2039 250 653 588.0 100 21.8 210.7 255 66.7 687.2 105 23.4 214.9 260 67.8 720.3 110 24g 214.8 265 690 723.6 115 264 2158 270 70.4 726.8 120 28.0 215.9 275 72.0 7298 125 29.6 226.7 280 73.6 724.5 130 31.0 2465 285 74.9 717.8 135 32.5 2765 290 76 710.7 140 33.9 305.2 29 77.6 735.6 145 35.3 3245 300 79.2 860.5 150 36.6 3441
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 泵浦激光器控制信号至主机的 LD2.OUT 端口，设置 LD2 工作模式(MOD)为恒 流模式(ACC)，驱动电流(Ic)置为 0。缓慢增加 1480nm 泵浦激光器驱动电流，0 至 300mA 每隔 5mA 记录一次泵浦激光器（1480nm DFB）输出光功率和掺铒光纤 激光器输出功率（即 OPM 功率数据），测得的实验数据如表 1.1 所示，其中 Ic （mA）为驱动电流，Pp（mW）为泵浦光功率，Po（ µ W）为光纤激光器输出 光功率。 表 1.1 掺铒光纤激光器测量数据 Ic（mA） Pp（mW） Po（µ W） Ic（mA） Pp（mW） Po（µ W） 0 0 0 155 37.9 363.5 5 0 0 160 39.3 378.6 10 0.1 0 165 40.8 388.4 15 0.2 0 170 42.4 395.8 20 0.3 0 175 43.9 398.8 25 0.3 0 180 45.4 401.9 30 0.6 0.5 185 46.8 405.0 35 2.1 4.3 190 48.3 399.8 40 3.7 12.7 195 49.9 398.5 45 5.4 24.2 200 51.3 406.1 50 6.9 37.4 205 52.7 465.9 55 8.5 52.4 210 54.0 510.2 60 10.0 68.5 215 55.2 552.0 65 11.5 102.5 220 56.3 554.1 70 13.1 120.0 225 57.9 573.9 75 14.5 137.8 230 59.5 574.3 80 16.0 156.1 235 61.0 572.8 85 17.4 174.4 240 62.5 561.2 90 18.9 190.9 245 64.0 560.0 95 20.3 203.9 250 65.3 588.0 100 21.8 210.7 255 66.7 687.2 105 23.4 214.9 260 67.8 720.3 110 24.9 214.8 265 69.0 723.6 115 264 215.8 270 70.4 726.8 120 28.0 215.9 275 72.0 729.8 125 29.6 226.7 280 73.6 724.5 130 31.0 246.5 285 74.9 717.8 135 32.5 276.5 290 76.2 710.7 140 33.9 305.2 295 77.6 735.6 145 35.3 324.5 300 79.2 860.5 150 36.6 344.1 8
辅助阅读材料 第一章光纤器件 900 80 是300 1020 3 40 506070 泵浦光功率(m 图1.9掺铒光纤激光器输出光功率与泵浦光功率关系曲线图 由上述实验数据和曲线图可以看到，引入泵浦光后，初始时刻随着泵浦源驱 动电流或泵浦光功率的增加，光纤激光器的输出光功率很微弱，几乎没有激光输 出。这是因为由光纤耦合器、波分复用/解复用器、光纤光栅和铒光纤共同构成 闭合光纤环，即谐振腔，当光场在谐振腔内往复振荡时，由于光无源器件都有 定的附件损耗，尤其是饵光纤，其损耗值高达8一l0B/km。所以在初始振荡时 刻，虽然光场由于受激辐射光功率得到了一定程度的放大，但功率放大倍数较小 不足以抵消光纤环路的损耗，考虑到环路损耗这一因素后光功率总体呈现减小而 不是放大。直到经过足够多次数的受激辐射光放大后，光场的增益大于光纤环路 的损耗后才能获得真正意义上的激光输出。此后随着泵浦源驱动电流和输出光功 率的增加，曲线呈上升趋势， (1)激光器输出光谱特性 连接光纤微光器输出端至C波段光谱分析器，输入狭缝置2m,输出狭缝置 O.1m,将光谱分析器功率探头输出连接至PD,OPMMOD置PD/mW,量程 (OPMRTO)置100uW档，再设置LD2工作模式(MOD)为恒流模式(ACC),测 量光纤激光器输出光谱，波长范围1540-1580m,波长间隔0.1m。调节泵浦光 激光器驱动电流LD2(1c)置分别为100mA、125mA、150mA、175mA、 200mA、225mA、250mA、275mA、300mA,保存每一驱动电流条件下激 光器的输出光谱图，并测量计算每一驱动电流对应的摻饵光纤激光器峰值波长 和3B线宽。各驱动电流条件下激光器的输出部分光谱图如下
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 泵浦光功率(mW) 掺铒光纤激光器输出光功率(uW) 图 1.9 掺铒光纤激光器输出光功率与泵浦光功率关系曲线图 由上述实验数据和曲线图可以看到，引入泵浦光后，初始时刻随着泵浦源驱 动电流或泵浦光功率的增加，光纤激光器的输出光功率很微弱，几乎没有激光输 出。这是因为由光纤耦合器、波分复用/解复用器、光纤光栅和铒光纤共同构成 闭合光纤环，即谐振腔，当光场在谐振腔内往复振荡时，由于光无源器件都有一 定的附件损耗，尤其是铒光纤，其损耗值高达 8－10dB/km。所以在初始振荡时 刻，虽然光场由于受激辐射光功率得到了一定程度的放大，但功率放大倍数较小， 不足以抵消光纤环路的损耗，考虑到环路损耗这一因素后光功率总体呈现减小而 不是放大。直到经过足够多次数的受激辐射光放大后，光场的增益大于光纤环路 的损耗后才能获得真正意义上的激光输出。此后随着泵浦源驱动电流和输出光功 率的增加，曲线呈上升趋势。 （1） 激光器输出光谱特性 连接光纤激光器输出端至 C 波段光谱分析器，输入狭缝置 2mm，输出狭缝置 0.1mm，将光谱分析器功率探头输出连接至 PD，OPMMOD 置 PD/mW，量程 (OPMRTO)置 100uW 档，再设置 LD2 工作模式(MOD)为恒流模式(ACC)，测 量光纤激光器输出光谱，波长范围 1540-1580nm，波长间隔 0.1nm。调节泵浦光 激光器驱动电流 LD2 (Ic)置分别为 100 mA 、125 mA 、150 mA 、175 mA 、 200 mA 、225 mA 、250 mA 、275 mA 、300mA，保存每一驱动电流条件下激 光器的输出光谱图，并测量计算每一驱动电流对应的掺铒光纤激光器峰值波长 和 3dB 线宽。各驱动电流条件下激光器的输出部分光谱图如下。 9
辅助阅读材料 第一章光纤器件 05a 5461m 5TART 图1.10【c=100mA条件下激光器的输出光谱图 由图1.20可看到，当泵浦光驱动电流为100mA时，此时光纤激光器输出光 谱呈一条直线，观察不到任何明显的峰值光谱，这说明此时激光器没有真正意 义上的稳定高功率激光输出。这和前面的理论分析是一致的。 15807nm54k START 图1.11Ic=150mA条件下激光器的输出光谱图
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 图 1.10 Ic=100 mA 条件下激光器的输出光谱图 由图 1.20 可看到，当泵浦光驱动电流为 100mA 时，此时光纤激光器输出光 谱呈一条直线，观察不到任何明显的峰值光谱，这说明此时激光器没有真正意 义上的稳定高功率激光输出。这和前面的理论分析是一致的。 图 1.11 Ic=150mA 条件下激光器的输出光谱图 10