光纤通信技术实验报告-掺铒光纤激光器.docx

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1、得分:光纤通信技术试验(2)掺银光纤激光器的设计试验报告一、试验目的I、完成环形腔掺饵光纤激光器谐振腔的设计，通过选择环形腔中耦合器的不同耦合比，优化设计激光器的阀值特性和输出效率。2、通过运用不同波波特性的泄波器，完成环形腔掺饵光纤激光器输出纵模特性的设计和选择。3、完成光纤激光器的构建，并进行相关性能参数的测试.二、试验原理与背景学问1 .推饵光纤(EDF)与推饵光纤放大器(EDFA)当泵浦光通过掺杂光纤中的稀土离子(Er3+、Nd3+、TIn3+、Yb3+等)时，稀士离了汲取泵油光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现通常所说的粒子数反转.反转后的而能态粒子在外界光场的诱使下，

2、以光辐射的形式从高能级转移到基态，完成受激光辐射。图2.1钿诧子能级图掺铝光纤放大器主要由波分更用器、大功率泵浦激光潺、光隔离器和掺银光纤构成.依据泵浦光和信号光传播方向的相对关系，掺饵光纤放大器的结构可分为正向泉浦、反向泉浦和双向泵浦三种形式。ED1是利用掺饵光纤中掺杂的稀土离子在泵浦光(波长98Onm或M80nm)的作用下，形成粒了嗷反转，产生受激辐射，辐射光随入射光的改变而改变，进而对入射光信号供应光增益.其放大范围为15301565nm,增益谱比较平坦的部分是I5401560nm,几乎可以覆盖整个155Onm工作窗口。2 .推饵光纤激光It(EDF1.)掺铝光纤激光SS是在掺辑光纤放大

3、器技术基础上发展起来的。目前掺稀土元素光纤,激光器的探讨受到世界各国的普遍重视，成为国际激光器技术探讨领域一个非常活跃的前沿探讨方向。和传统的固体、气体激光器样，掺稀土光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要亲组成“集浦源一般采纳高功率半导体激光器(1.D),增益介质为掺稀土光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦介器构成各种环形谐振腔。泵湘光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在汲取泉浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射。所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。由于掺稀上光纤激光器在增益介质和器件

4、结构等方面的特点，与传统的激光技术相比，在许多方面显示出独特的优点：(1)较离的泵浦效率。通过对掺杂光纤的结构,掺杂浓度和泵浦光强度和泵浦方式的适当设计，可以使激光器的泵浦效率得到显著提高。例如采纳双包层光纤结构，运用低亮度、廉价的多模1.D泵浦光源即可实现超过60%的光光转换效率。(2)易于获得高光束质量的千瓦甚至兆瓦级超大功率激光输出。光纤激光器表面积/体枳比大，其工作物质的热负荷小，易于散热和冷却。(3)易实现单模、单频运转和超短脉冲(fs级)(4)工作物质为柔性介质，使得激光器的腔结构设计、整机封装和运用均非常便利。(5)激光器可在很宽光谱范围内(455350On1.n)设计与运行，应

5、用范围广泛。(6)与现有通信光纤匹配，易于耦合,可便利地应用于光纤通信和传感系统，上述特点使得光纤激光器在许多应用领域有着广泛的用途。特殊是掺银光纤近40nm宽的增益谱范围与光纤通信的最佳窗口(155Onm窗口)相吻合，因而掺饵光纤激光器的探讨和开发在光纤通信领域得到J极大的重视.常见的光纤激光器谐振腔类型主要有F-P腔、光纤环形谐振腔、光纤环路反射器及谐振腔、FOX-SnIith光纤谐振腔等儿种结构。采纳环形腔结构的光纤激光器(特殊是单向运转的环形腔结构)可以避开空间烧孔效应和模式竞争，同时再结合波长选择装置能够使激光器以总纵模的形式运转，因此有着广泛的用途。图2.2给出了常见的光纤激光器环

6、形腔的参考方案.与掺银光纤放大器类似，掺银光纤激光器可采纳98Onm和148Ontn的大功率半导体激光器泵浦掺钳光纤实现增益介J贞的工作。()光好环形谐ttiS及其等效腔(b)光纤环路反3H;e谐版腔及其等效腔图2.2接轨光纤京光JB谐探腔警老方案三、试验仪器和装置木试验仪器和装置主要包括掺银光纤放大器(图1.3虚线左边部分，含98Onm泵浦1.D、980nm1550nm波分复用波(WDM)、掺饵光纤(EDF)、光隔离器(ISO)、耦合器(1:9,1:1)、可谓光纤光栅反射滤波器(FBG、可调FP透射滤波器SBFh光功率计(PM)和光谱仪(OSA).四、试验内容和步骤1.推饵光纤激光器的设计(

7、1)比较常见光纤激光器谐振腔的特点，选择光纤激光器谐振腔的类型，参考方案如图2.2所示。(2)分析光纤激光器各组成部分和关键器件的作用。(3)完成掺银光纤激光器的设计。2.推饵光纤激光卷性能叁数的流试和输出特性的优化(1)分析不同试验方案的特点。(2)结合选定的试验方案，搭建忒验系统，参考方案如图2.3所示。(3)在掺饵光纤激光器的输出端1接上光谱仪和光功率计。(4)调整可调光纤光栅反射戏波器，视察激光罂输出光谱和功率的改变。(5)测量光纤激光涔的性能参数：输出功率、输出光谱中心波长、边模抑制比和谱线宽度。(6)取下输出端2的可调光纤光栅反射漉波器，比较激光器输出光谱和功率的改变。五、试验结果

8、1.采纳方案（八）搭建系统首先测量EDFA增益谱如下图:MI（八）15650m-10005dBmIOnm3，-34.45dBm55kHz8T563moOfrIngCUWfCai测属未加入OBF时的多纵模振荡谱线如下图:0.2nmNm-563dmVBV193kHzST56.3mAVUQff1.最终加入OBF,得到单纵模振荡如下图:DFBS(xrcTgt(TrA)StopBard-rvnFA140dBm1561.94nm-nm0.18nmnmSMSFctoat-2000dB0.06nmSi-58.36dBmVFw2.1kHzT116msAvjOff测星数据如下表:中心波长1561.94nm线宽0.

9、18nm输入功率6.59dBm输出功率1.52(IBm2.采纳方案（b）搭建系统首先测量EDFA增益谱如下图:n11tsu13-11-2309:16IMkrA：1528.84rnB:1534.5mB-A:5.74rmU1.krC:-36.79dBmD:-39.79dBmC-D:3.0dBRs：0.06nm(0.044nm)/Avg:Off/Smp1.g:501/U：1.kHz/Sm:Off/IntvbOff/AttOff之后测量未加入I；BG时的多纵模振荡谱线如下图:/InrItSU13-11-2310:09MkrA：1533.02nmB：1533.InnB-A：0.08rmU1.krC:-1

10、7.6dBmD：-206d8mC-D：3.0dBRes：0.05nm0.044rm)，AvgrOff/Snp1.g:501./VBUHkHzzSm:0ffzIntvhOff/zAttOff最终加入FBG,得到单纵模振荡如下图:测知数据如下表:/InrItSU1371-2309:54AMkrA:1551.0nmB:1551.32mB-A:0.32rw1.MkrC:-13.77dBm0：-33.77dBmC-D：20.0dB0.0dBn10.0dBdiV-50.0dn-100.01540.0ne2.0nm/dv1550.0nminVac1560.0nmRes：0-0511n(0.043m)/Avg

11、:Off/Sep1.grEC1./VEUr1.kHz/Sm:Off/IntvbOfF/AttOff中心波长1551.16nm3dB线宽0.32nm输入功率11.47dBn输出功率8.I-IdBm六、探讨与分析OBF、FBG在系统中的作用相当于滤波器，对原本较宽的增益谱进行限制,只有较小波长范围内的光子能够起振得到受激放大，而其他部分的震荡受到抑制，从而形成单纵模。七、思索题1 .简述环形腔作为光纤激光后谐提腔的优点.采纳环形腔结构的光纤激光器（特殊是单向运转的环形腔结构）可以避开空间烧孔效应和模式竞争，同时再结合波长选择装置能够使激光器以中纵模的形式运转,另外还能削减系统的器件数目,简化结构。2 .简述试验方案中光隔离器的作用.不运用光隔离卷，会有激光，出吗？假如光隔离器反向放置呢？隔离器避开了光双向传输形成驻波，造成空间烧孔效应，引起多纵模振荡。但是，若没有隔离器或隔离器反向放置，仍旧会有激光输出。3 .试验方案中不运用光纤光桥反射滤波器，会有激光输出吗？为什么？会有激光输出。因为没有反射作用时，光纤端面的FreSne1.反射仍会形成反馈，不过输出可能比较小。