第17 18讲—第六章.ppt

2020 2 5 第六章光纤无源及有源器件 2020 2 5 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 2020 2 5 八 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 2020 2 5 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 2020 2 5 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 2020 2 5 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 2020 2 5 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 2020 2 5 4 光纤激光器的谐振腔类型 1 Fabry Perot腔 泵浦 980nm 激光输出 1550nm 2020 2 5 2 含光纤耦合器的Fabry Perot腔 2020 2 5 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 2020 2 5 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 2020 2 5 4 双光纤环形镜 2020 2 5 5 光纤光栅 光纤环形镜 2020 2 5 5 光纤光栅 光纤环行器 2020 2 5 6 光纤环形腔激光器 2020 2 5 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 PumpingLD 980nm LasingLight 1550nm EDF FBG1 FBG2 PumpingLD 980nm PumpingLD 980nm 2020 2 5 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 2020 2 5 2020 2 5 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 2020 2 5 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 2020 2 5 7 掺铒光纤激光器应用举例 窄线宽掺铒光纤激光器 2020 2 5 2020 2 5 可调谐掺铒光纤激光器 2020 2 5 多波长掺铒光纤激光器 2020 2 5 多波长单纵模掺铒光纤激光器 2020