《光纤光学教学课件》第十七讲.ppt

2019/4/29,第六章光纤无源及有源器件,2019/4/29,上节课内容回顾：,掺铒光纤放大器泵浦光源的选择：1480nm、980nm,泵浦源的性能对比,光放大的三个物理过程,受激吸收、受激发射、自发发射,EDFA结构,EDFA的物理基础,能级速率方程,信号光放大、泵浦光吸收,光场传输方程,增益和饱和输出功率,增益谱,增益平坦,2019/4/29,七、掺铒光纤激光器,1、光纤激光器的特点,实现灵活的激光光源（窄线宽、可调谐、多波长、超短光脉冲源） 易获得高功率、高的光脉冲能量 激光波长与光纤通信传输窗口相匹配 采用激光器泵浦形式（半导体激光器泵浦） 热稳定性、价格低廉、易小型化,2019/4/29,2、放大器与激光器的差别,光放大器：无谐振腔，无反馈，外界信号引起的受激辐射 激光器： 有谐振腔，有反馈，内部自发辐射导致的受激辐射,2019/4/29,亚稳态,基态,激发态,基态,铒离子在外界泵浦光的作用下,外界信号光引起受激辐射,信号光放大,EDFA,2019/4/29,亚稳态,基态,激发态,基态,铒离子在外界泵浦光的作用下,自发辐射光引起受激辐射,产生激光,EDFL,2019/4/29,3、构成激光振荡的必要条件,粒子数反转 ：需要外界光泵浦 形成对激射光子的正反馈： 需要激光谐振腔,光纤激光器光纤放大器激光谐振腔,激光谐振腔是光纤激光器与光纤放大器在结构上的唯一差别,光纤激光器的构成： 激光增益介质： 有源光纤 激光谐振腔： 直腔、环行腔 泵浦源： 光泵,2019/4/29,4、光纤激光器的谐振腔类型,（1）Fabry-Perot 腔,泵浦（980nm）,激光输出（1550nm）,2019/4/29,（2）含光纤耦合器的Fabry-Perot 腔,2019/4/29,光纤光栅Fabry-Perot腔 分布布拉格反射（DBR）光纤激光器：使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜置于掺杂光纤的两端，构成线形谐振腔来增强模式选择，可以把光纤光栅熔接到掺杂光纤上，也可以直接把光纤光栅写到掺杂光纤上。 分布反馈（DFB）光纤激光器：利用直接在稀土掺杂光纤写入的光栅来构成谐振腔的。有源区和反馈区同为一体，只用一个光栅来实现光反馈和波长选择，因而频率稳定性较好，边模抑制比高。,2019/4/29,（3）光纤环形镜平面反射镜,光纤环形镜：将X型光纤耦合器的两输出端相连，所构成的Sagnac环,光纤环形镜特性：,耦合器的耦合分光比为1：1时，光纤环形镜作为全反射镜； 耦合器的耦合分光比不为1：1时，光纤环形镜等效部分反射镜；,2019/4/29,（4）双光纤环形镜,2019/4/29,（5）光纤光栅光纤环形镜,2019/4/29,（5）光纤光栅光纤环行器,2019/4/29,（6）光纤环形腔激光器,分支器,2019/4/29,端面泵浦技术 侧面泵浦技术 分布式泵浦技术 双向泵浦技术 泵浦合束技术,Pumping LD (980nm),Lasing Light (1550nm),EDF,FBG1,FBG2,Pumping LD (980nm),Pumping LD (980nm),2019/4/29,5、光纤激光器的特性分析,阈值泵浦功率 激光器的输出特性：输出功率、斜率效率 光谱特性 脉冲工作时的时域特性,2019/4/29,2019/4/29,重要的计算公式,输出光功率： 阈值泵浦功率： 斜率效率： 最佳掺铒光纤长度,2019/4/29,6、掺铒光纤激光器的优点,高的内量子效率：泵浦光与激射光在纤芯中功率密度大，相互作用强； 高的泵浦效率：半导体激光器泵浦，波长对准； 既可连续、又可脉冲工作：激光上能级寿命长。,2019/4/29,7、掺铒光纤激光器应用举例,窄线宽掺铒光纤激光器,2019/4/29,2019/4/29,可调谐掺铒光纤激光器,2019/4/29,多波长掺铒光纤激光器,2019/4/29,多波长单纵模掺铒光纤激光器,2019/4/