辅助阅读材料 第一章光纤器件 新热先电体合东香丝和延司 5.3 图1.12Ic=200mA条件下激光器的输出光谱图 量通心习程W习男 图1.131c=250mA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 1.12 Ic=200mA 条件下激光器的输出光谱图 图 1.13 Ic=250mA 条件下激光器的输出光谱图 11
辅助阅读材料 第一章光纤器件 054 15000nm5a y 起的重长150 START 图1.14c=300mA条件下激光器的输出光谱图 根据实验图记录在各驱动电流的条件下激光器输出光的峰值波长，并计算出3B 线宽。计算及测量数据如表1.2所示。 表12不同泵浦光驱动电流条件下激光器峰值波长、3B线宽 Ic(mA)元max(nm)3dB线宽(nm) 1550 0 125 1550.5 150 15507 91 175 15505 56 1551. 54 225 1550.6 5 250 1550.9 5.2 275 15511 52 300 1550.9 5.3 根据以上数据绘制“驱动电流一3B线宽”曲线和“驱动电流一蜂值波长”曲线
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 图 1.14 Ic=300mA 条件下激光器的输出光谱图 根据实验图记录在各驱动电流的条件下激光器输出光的峰值波长，并计算出 3dB 线宽。计算及测量数据如表 1.2 所示。 表 1.2 不同泵浦光驱动电流条件下激光器峰值波长、3dB 线宽 Ic（mA） λ max（nm） 3dB 线宽（nm） 100 1550.3 0 125 1550.5 8.8 150 1550.7 9.1 175 1550.5 5.6 200 1551.1 5.4 225 1550.6 5.0 250 1550.9 5.2 275 1551.1 5.2 300 1550.9 5.3 根据以上数据绘制“驱动电流—3dB 线宽”曲线和“驱动电流—峰值波长”曲线。 12
辅助阅读材料 第一章光纤器件 1551.1 1551 109 1550.8 1550.7 1550.6 1550.5 1550.4 1550.80 150 200 250 泵浦光驱动电流(mA) 图1.15不同泵浦光驱动电流条件下激光器峰值波长 150 200 250 300 泵浦光驱动电流(mA) 图1.16不同泵浦光驱动电流条件下激光器3B线宽 从图1.15可知泵浦光驱动电流不同，对应的峰值波长也不相同，随者驱动 电流的增加，峰值波长大体向长波长方向漂移，但漂移量限制在小于lm的范 围内，该光纤激光器的波长稳定性较为理想。、图1.16可知，当泵浦光驱动电流 大于或等于200mA时，激光器3dB线宽基本保持一条直线，，数值大约在5n 左右。当驱动电流大于或等于阀值电流时，光纤激光器工作处于工作稳定状态， 1.2光纤放大器
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 100 150 200 250 300 1550.3 1550.4 1550.5 1550.6 1550.7 1550.8 1550.9 1551 1551.1 泵浦光驱动电流(mA) 激光器峰值波长(nm) 图 1.15 不同泵浦光驱动电流条件下激光器峰值波长 100 150 200 250 300 0 2 4 6 8 10 泵浦光驱动电流(mA) 激光器3d B线宽(nm) 图 1.16 不同泵浦光驱动电流条件下激光器 3dB 线宽 从图 1.15 可知泵浦光驱动电流不同，对应的峰值波长也不相同，随着驱动 电流的增加，峰值波长大体向长波长方向漂移，但漂移量限制在小于 1nm 的范 围内，该光纤激光器的波长稳定性较为理想。、图 1.16 可知，当泵浦光驱动电流 大于或等于 200mA 时，激光器 3dB 线宽基本保持一条直线, ，数值大约在 5nm 左右。当驱动电流大于或等于阈值电流时，光纤激光器工作处于工作稳定状态。 1.2 光纤放大器 13
辅助阅读材料 第一章光纤器件 光放大器有多种类型，包括半导体激光放大器和光纤型光放大器两类。光纤 型光放大器有光纤喇曼放大器(FRA)、光纤布里渊放大器(FBA)、光纤参量放大 器(FPA)和掺杂光纤放大器（如EDFA)等几种。光纤喇曼放大器和布里渊放大器 利用所谓受激喇曼和布里渊散射两种非线性和非弹性散射过程，是石英光纤固有 的现象，作为非线性介质的光纤，通过分子振动和声学声子的参与，起着主动的 作用。光纤参量放大器利用光纤的被动作用，依靠束缚电子的非线性响应产生的 参量过程，实现光信号的放大。掺杂光纤放大器是一种新型放大器，特别是 1.554m的掺铒与1.34m的掺错光纤放大器具有增益高、噪声低、频带宽、输 出功率高等点，具有广泛的应用前景。 1.2.1光纤放大器原理与特性 1光放大器原理 光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件 其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较 小的激光器。任何光学介质，当采用泵浦（电学或光学）方法，达到粒子数反转时 就产生了光增益，即可实现光放大。一般，光增益不仅与入射光频率（或波长） 有关，也与放大器内部光束强度有关。光增益与频率和强度的具体关系取决于放 大器增益介质的特性。 由激光器原理可知，对于可用均匀展宽二能级系统模型描述的介质，其增益 系数可写为 g(o)= 80 (1.1) 式中，g。为增益峰值，与泵浦强度有关；。为入射光信号频率；，为原子跃迁 频率：P为被放大信号的功率：P为饱和功率，与增益介质的荧光时间T和跃迁 截面等参数有关：T亦称为粒子数驰豫时间，根据增益介质的不同自100ps10ms 范围内波动：T为增益介质的偶极驰豫时间，一般为0.1ps~1s。方程(1.1)是 研究光放大器的基本方程。 2光增益谱宽与放大器带宽 在方程(1.1)中，当取P/P<1,即在小信号或非饱和状态，增益系数 为
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 光放大器有多种类型，包括半导体激光放大器和光纤型光放大器两类。光纤 型光放大器有光纤喇曼放大器(FRA)、光纤布里渊放大器(FBA)、光纤参量放大 器(FPA)和掺杂光纤放大器(如 EDFA)等几种。光纤喇曼放大器和布里渊放大器 利用所谓受激喇曼和布里渊散射两种非线性和非弹性散射过程，是石英光纤固有 的现象，作为非线性介质的光纤，通过分子振动和声学声子的参与，起着主动的 作用。光纤参量放大器利用光纤的被动作用，依靠束缚电子的非线性响应产生的 参量过程，实现光信号的放大。掺杂光纤放大器是一种新型放大器，特别是 1．55 µm的掺铒与 1.3 µm的掺镨光纤放大器具有增益高、噪声低、频带宽、输 出功率高等点，具有广泛的应用前景。 1.2.1 光纤放大器原理与特性 1 光放大器原理 光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件， 其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较 小的激光器。任何光学介质，当采用泵浦(电学或光学)方法，达到粒子数反转时 就产生了光增益，即可实现光放大。一般，光增益不仅与入射光频率(或波长) 有关，也与放大器内部光束强度有关。光增益与频率和强度的具体关系取决于放 大器增益介质的特性。 由激光器原理可知，对于可用均匀展宽二能级系统模型描述的介质，其增益 系数可写为 Ps P T g g + − + = 2 2 2 0 0 1 ( ) ( ) ω ω ω （1.1） 式中， g0 为增益峰值，与泵浦强度有关；ω 为入射光信号频率；ω0为原子跃迁 频率；P 为被放大信号的功率； 为饱和功率，与增益介质的荧光时间 和跃迁 截面等参数有关； 亦称为粒子数驰豫时间，根据增益介质的不同自 100ps~10ms 范围内波动； 为增益介质的偶极驰豫时间，一般为 0.1ps~1ns。方程（1.1）是 研究光放大器的基本方程。 Ps T1 T1 T2 2 光增益谱宽与放大器带宽 在方程（1.1 ）中，当取 P Ps << 1，即在小信号或非饱和状态，增益系数 为 14
辅助阅读材料 第一章光纤器件 80 go)=1+o-a广T (1.2) 当。=@，时增益最大，当0≠0，时增益随0的改变而按洛仑兹分布变化。实际放 大器增益谱可能不完全是洛仑兹分布，有时甚至偏离很大 增益谱宽定义为增益谱g()降至最大值一半处的全宽(FWHM)。对于洛仑 兹分布，增益谱宽为△0。=2T或 (1.3) 这表明，在小信号条件下，增益谱宽主要决定于增益介质的偶极驰豫时间工。对 于半导体激光器，T2≈0.1ps,△v.≈3T。 由介质的增益谱g(⊙)，可求得放大器的带宽。定义放大器的增益或放大倍 数为 G-B (1.4) P 式中，P和P分布为被放大信号的输出和输入功率。在长度为L的放大器中， 光信号沿长度逐步被放大，光功率随距离的变化规律为dP/k=gP,在：点的功 率为P(e)=P exp(g),输出功率为P=P(L)=P.explg(o)L],因此放大器的 增益为 G(@)=explg(@)L] (1.5) 上式表明G与g之间存在指数依存关系，当频率o偏离a时，G(o)下降的比 g(a)快得多。 放大器的带宽△v,定义为G(o)降至最大放大倍数一半(3dB)处的全宽度 (FWHM),它与介质的增益谱宽△v,的关系为 In2 Av,-Av,gL-In2 (1.6) 如所预料，放大器的带宽比介质增益谱宽窄很多。图1.17给出了归一化增 益G/G。和g/g。随归一化失谐(o-@,)江，变化的曲线，其中g。为增益峰值，G,为 放大器的峰值增益：G。=exp(gL)
辅助阅读材料 第一章 光纤器件 2 2 0 0 1 ( ) ( ) T g g ω ω ω + − = （1.2） 当ω = ω0时增益最大，当ω ≠ ω0 时增益随ω 的改变而按洛仑兹分布变化。实际放 大器增益谱可能不完全是洛仑兹分布，有时甚至偏离很大。 增益谱宽定义为增益谱 g(ω) 降至最大值一半处的全宽（FWHM）。对于洛仑 兹分布，增益谱宽为∆ω g = 2 T2 或 2 1 2 T v g g π π ω = ∆ ∆ = （1.3） 这表明，在小信号条件下，增益谱宽主要决定于增益介质的偶极驰豫时间 。对 于半导体激光器， T2 T ps v THz 2 ≈ 0.1 ,∆ g ≈ 3 。 由介质的增益谱 g(ω) ，可求得放大器的带宽。定义放大器的增益或放大倍 数为 in out P P G = （1.4） 式中， Pout 和 Pin 分布为被放大信号的输出和输入功率。在长度为 L 的放大器中， 光信号沿长度逐步被放大，光功率随距离的变化规律为dP dz = gP，在 点的功 率为 ，输出功率为 z P(z) P exp(gz) = in P P(L) P exp[g( )L] out = = in ω ，因此放大器的 增益为 G(ω) = exp[g(ω)L] （1.5） 上式表明G 与 g 之间存在指数依存关系，当频率ω 偏离ω0 时，G(ω) 下降的比 g(ω) 快得多。 放大器的带宽 ∆vA 定义为G(ω) 降至最大放大倍数一半（3dB）处的全宽度 （FWHM），它与介质的增益谱宽 g ∆v 的关系为 ) ln 2 ln 2 ( 0 − ∆ = ∆ g L v v A g （1.6） 如所预料，放大器的带宽比介质增益谱宽窄很多。图 1.17 给出了归一化增 益G G0 和 g g0 随归一化失谐 0 2 (ω −ω )T 变化的曲线，其中 为增益峰值， 为 放大器的峰值增益： 。 g0 G0 exp( ) G0 = g0L 15