掺铒光纤光源原理及应用技术研究资源-CSDN文库

掺铒光纤光源

5星 · 超过95%的资源需积分: 12 32 浏览量 2015-09-02 00:31:44 上传评论收藏 1.42MB DOC 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

掺铒光纤光源原理及应用技术研究

摘要:掺铒光纤光源是基于自发辐射放大原理的一种新型宽带超荧光光源，它有着高

输出功率、低噪声等优点，因此在现代光通信中得到广泛的应用。本文主要研究以

掺铒光纤为增益介质的光纤光源研制中的相关技术，描述了用于制作掺铒光纤光源

的相关器件的基本原理、结构，介绍了掺铒光纤光源中的单程前向、单程后向、双

程前向、双程后向抽运等多种结构。论文的第一部分介绍了纤维光学的产生背景、

发展现状、光纤在通信等领域的应用现状、掺铒光纤光源的发展及应用特色。论文

的第二部分对掺铒光纤光源研制过程中的主要光电器件从原理及结构等各方面作了

描述，介绍了各个光电器件的性能指标。论文的第三部分，介绍了超荧光产生的基

本原理和物理模型，并且论述了掺铒光纤中 Er

的跃迁特性，同时对超荧光光源的

四种结构做了简单的介绍。论文的第四部分，主要是通过实验的方法对实验室现有

的掺铒光纤光源进行研究，分析了结构为单程前向的光纤光源相关参数变化对光源

性能的影响。最后，结合论文中研究情况指出了论文研究的不足之处，并根据现在

国内外的研究现状对掺杂光纤光源相关领域的下一步的目标和未来研究方向进行了

展望。

关键词：掺铒光纤光源；放大自发辐射；C 波段

The Principle and Application of Technology for Erbium-doped

Fiber Source

Abstract: Erbium-doped fiber light, based on the principle of amplified spontaneous

emission, is a new type of broadband light source which possesses the advantages of high

output power, low noise, etc. Thus, it is widely used in modern optical communication,

such as providing optical signal for optical devices measurement, fiber Bragg grating

(FBG) sensing system, and fiber-optic gyroscope. Especially in optical communication

light source is the indispensable unit. This paper makes a research on the relevant

technologies for the production of fiber light source which involves a gain medium of

Erbium-doped fiber (EDF). It is also introduces the basic principles and structures of

devices related in producing the erbium-doped fiber source, in which the structures of

single-pass forward pumping(SPF), single-pass backward pumping(SPB), double-pass

forward pumping(DPF), double-pass backward pumping(DBF) are put forward. The first

part of this paper introduces the background, recent developments, applications of fiber-

optics and the characters of Erbium-doped fiber light. The second part describes principles

and structures of the optoelectronic devices in producing the Erbium-doped fiber light and

their performances. The third part introduces the basic principles and the physical models

of the ASE; and discusses ASE transitions among energy levels in the erbium-doped fiber.

Meanwhile, it gives a brief introduction of the four ultra-structure of ASE light source. The

fourth part mainly studies the existing erbium-doped fiber light source through the method

of laboratory experiments and analyzes the influences of changes of the relevant

parameters of single-pass forward pumping on the light source performance. Finally, the

disadvantages of the study are analyzed, and then prospect the future of the doped fiber

light source according to the recent developments.

Keywords: Erbium-doped fiber source； Amplified spontaneous emission；C-band

目录
THE PRINCIPLE AND APPLICATION OF TECHNOLOGY FOR ERBIUM-DOPED FIBER 
SOURCE.............................................................................................................................................................2
目录......................................................................................................................................................................I
第 1 章 绪论........................................................................................................................................................1
1.1 引言...........................................................................................................................................................1
1.2 国内外的研究现状...................................................................................................................................1
1.3 本论文研究的目的和意义.......................................................................................................................3
第 2 章 掺铒光纤光源研究所需的器件及其原理............................................................................................6
2.1 掺铒光纤...................................................................................................................................................6
2.2 光纤连接技术...........................................................................................................................................7
2.2.1 
光纤的处理
........................................................................................................................................7
2.3 光纤隔离器和环形器...............................................................................................................................8
2.3.1 
隔离器
................................................................................................................................................8
2.3.2 
环形器
................................................................................................................................................8
2.4 全光纤波分复用器...................................................................................................................................9
2.4.1 WDM
工作原理
.................................................................................................................................9
2.4.2 WDM 
的特征参数
...........................................................................................................................10
2.5 泵浦源介绍.............................................................................................................................................11
2.5.1 
泵浦源的特性
..................................................................................................................................11
2.5.2 
使用泵浦源的注意事项和防护措施
..............................................................................................12
第三章 掺铒光纤光源基本原理及结构..........................................................................................................14
3.1 C 波段和 L 波段介绍..............................................................................................................................14
3.2 超荧光产生的基本原理.........................................................................................................................14
3.3 超荧光光源的物理模型.........................................................................................................................15
3.4 掺铒光纤中 ASE 能级间跃迁基本原理................................................................................................16
3.5 放大的自发辐射产生的原理方程及线宽.............................................................................................17
3.6 超荧光光源的四种结构.........................................................................................................................19
4.1 实验装置.................................................................................................................................................20
4.2 实验数据分析及结论.............................................................................................................................21
第五章 总结......................................................................................................................................................24
参考文献...........................................................................................................................................................25
I  

第 1 章绪论

1.1 引言

光纤技术是现代光通信、光纤传感以及分析测量领域的关键技术之一，但在上

世纪 50 年代前，光纤技术并未得到人们足够的认识，其发展也相当的缓慢。随着发

展的需要，人们在解决玻璃光纤信号衰减方面取得了理论性的进步。 1966 年，美籍

物理学家高锟博士提出，当玻璃光纤中的离子含量降低到 10

-6

数量级以下，则可使

玻璃对光的吸收损耗下降到 10 dB/km 以下

[1]

。1970 年美国康宁公司用化学气象沉积

法制成了高纯度的二氧化硅光纤，它的损耗为 20 dB/km，使长距离传输成为了可能。

随后，这一成就得到各国的广泛重视，掀起了光纤通信的研究的热潮。目前光纤的

损耗已经达到 0.154 dB/km(1550 nm 波长下)，接近了理论极限值

[2]

。

随着在光纤领域的研究深入，人们发现光纤在掺入微量的其它杂质之后便会表

现出原来没有的特性，而这些特性对于人们的生活实际应用有着重要意义。诸如在

光纤中掺入 Er

，使得光纤的吸收波长恰好处于光纤通信的“零损耗”窗口，而用掺铒

光纤制成的掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA ）在促进现代光

纤通信技术的迅速发展中起到了重大作用。其中掺铒光纤放大器具有的高功率、高

输出功率、低噪声，工作在低损耗的波长 1550nm 窗口，并能对其较宽的带宽范围

内（30nm 以上）提供均衡和稳定的增益特性等优点，在很多领域和场合，正在逐步

取代传统再生中继的光－电光转换，在现代光通信网络中扮演着不可缺少的重要角

色。而且商用化的普通掺铒光纤放大器已经广泛使用于通信传输干线及通信网中。

今天的人们对光纤通信网络提出了更加高速更宽宽带的发展需求，对光纤光源

的性能也提出了更新更高的要求。对此，研究具有宽带宽、高功率、稳定性的光纤

光源有了现实的意义，同时这给光纤光源的研究和开发人员带来了机遇和挑战。

1.2 国内外的研究现状

把铒以及其它三价稀土元素掺杂到光纤中是 60 年代早期科学家的构想，在掺铒

光纤光源出现以前，主要用激光二极管 (Laser Diode ， LD) 、发光二极管 (Light

Emitting Diode，LED)、超发光二极管(Super Light Emitting Diode，SLED)等作为光

源，它们有光谱窄或功率极低，或稳定度较低等一些缺点。在光纤无源器件生产测

试及众多光纤传感器和光纤探测器中，一般都需要时间相干性低的宽带光源，超荧

光具有相干度低的特点。目前商用的宽带光源多为 SLD，但 SLD 的寿命较短、波长

稳定性差、输出功率低，并且由于空间相干性差，与单模光纤的耦合也受到了限制。

掺稀土元素光纤技术的日益成熟，以及抽运机制的快速发展，为人们提供了一种方

便可靠的宽带光纤光源。与 SLD 相比，掺稀土元素光纤中产生的放大自发辐射

(Amplified Spontaneous Emission，ASE)具有温度稳定性强、荧光谱线宽、输出功率

高，使用寿命长等特点，在光纤传感系统(如光纤陀螺仪)和某些信号处理、光学层

析和医用光学等领域有广泛应用，称之为超荧光光纤光源 (Superfluorescent Fiber

Source ， SFS)

[3]

。而通过在光纤中掺杂不同的稀土元素，如

、Nd

、Yb

、Pr

、Tm

等，可以很方便地获得众多波段的超荧光输出，以满

足各种不同应用的需要。

在光纤通信和光纤传感中，光源是最基本的源头部分，所以人们一直对其进行

研究。掺铒光纤光源包括许多种，从大的范围讲，EDFA 和掺铒光纤激光器大致上

都与之有相同原理及结构，而我们所关注的主要是称之为掺铒超荧光光源(Erbium-

doped Superfluorescent Fiber Source ， ED-SFS) ，也称之为 ASE 光源，是伴随着

EDFA 出现的一种新型光源，它的应用主要在三个方面：光纤陀螺、波分复用

(Wavelength Division Multiplexing ， WDM) 或密集型波分复用 (Dense Wavelength

Division Multiplexing，DWDM)网络和光谱测量（光学器件测试），同时在低相干光

学成像等方面也有应用。

光源在光纤陀螺中也有相当重要的应用。对于汽车、飞机、轮船、导弹、航天

飞机、潜艇等需要严格定位的系统来说，当无法和外界的导航方法—如全球定位系

统 (Global Positioning System ， GPS) 取得联系的时候，惯性导航系统 (Inertial

Navigation System，INS)是唯一的选择。由三个加速度计和三个陀螺可以在三维空间

中记录从起点开始的所有状态变化，从而达到定位的目的。由于现在这项技术主要

应用在军事领域，而其相同的原理，在石油系统的钻井及测井领域，同样可采用光

纤陀螺进行定位，用于解决导向钻井中电子仪器定位时的一些重要难题，如电子仪

器在井下易受电磁场的干扰，由于工作在井下时，井下处于高温高压状态，电子仪

器所常用的井下为有源装置，对电池的工作要求相当高，而光纤陀螺则在井下测试

部分为无源装置，而且光纤无电磁干扰，信号从井下向上传输时速率快，信息传输

量大。

在 1987 年，EDFA 的发明改变了以往对复杂昂贵的电中继器的依赖状况。在普

通的光纤制作过程中在光纤纤芯中掺入铒离子，利用抽运光直接对光信号进行放大，

提供光增益。由于 EDFA 的光增益恰好在光纤的低损耗窗口，并且具有高增益、高

可靠性、低噪声、低成本和宽带特性，又一次引发了光纤通信领域的一场革命。尽

管存在半导体放大器和拉曼放大器的有力竞争，EDFA 在目前的光通信领域中仍然

占有绝对的优势地位。另外，掺铒光纤以与 EDFA 相同的原理还被用于宽带光源和

各种形式的激光器，在很多领域得到了应用，并且在很多领域开始取代传统的光源。

掺铒光纤超荧光光源自 1989 年被用于光纤陀螺以来，得到了很大的发展，一般来说，

SFS 按照结构来分可以分为四种基本形式：单程前向或后向（Single-pass Forward/

Backward Pumping ， SPF/SPB ）、双程前向或后向（ Double-pass Forward/

剩余28页未读，继续阅读

评论收藏

内容反馈

liu415318

2015-09-05

对了解光放大器原理很有帮助

yunzhaoch

粉丝: 0
资源: 5

掺铒光纤光源原理及应用技术研究

掺铒光纤光源的研究

掺铒光纤光源的数值模拟及软件实现 (2010年)

相干光OFDM的Matlab程序

掺铒光纤超荧光宽带光源的实验研究

应用于掺铒超荧光光纤光源的滤波器研究

光纤陀螺用掺铒超荧光光纤光源输出特性研究 (2008年)

1.7 μm波段光纤光源研究进展及其应用

用于光学相干层析的超连续光纤光源研究

多波长掺铒光纤激光器技术研究

超荧光光源中掺铒光子晶体光纤辐射效应 (2011年)

新型中心波长稳定的高效率L波段掺铒光纤超荧光光源

基于准相位匹配的掺铒飞秒光纤激光器倍频特性研究

双光源双探测器红外气体检测技术的研究

物联网技术在影院放映机激光光源中的应用.zip

高显色指数LED集成光源模组技术研究.pdf

光源近场测量在LED光学设计中的应用与研究

用于光纤传感网的窄线宽多波长光纤光源研究 (2012年)

光孤子传输演化的分步傅里叶法研究 (2007年)

1.5 μm光纤气体拉曼激光光源

基于光开关和后向反馈技术的C或C+L波段可选择的ASE光源

基于被动全光同步的高效率中红外差频产生技术研究

3GPP 5G标准中文版

putty安装包.zip

芯片设计技术（全流程介绍）.pdf

MPU6050.zip

KSVD_for_denosing-master.zip

notepad++最新版(7.9.2)

2021华为芯片研发岗位笔试题

2019和2021年华为单板通用硬件笔试题及答案

最新资源