【正文】 起譜線展寬。1996 年 Jong Chow 等人在環(huán)形腔光纖激光器中用取樣 Bragg 光柵實(shí)現(xiàn)了間隔 的 5 波長(zhǎng)激光輸出；他們還用兩個(gè)完全相同的光纖啁啾光柵制成寬帶透射 FabryPerot 濾波器， 的 11 波長(zhǎng)激光輸出[9]。摻稀土元素光纖的出現(xiàn)，利用其作為增益介質(zhì)制成的光纖激光器，給激光器領(lǐng)域注入了新的活力。最后對(duì)通過(guò)其他物理機(jī)制來(lái)削弱摻鉺光纖的均勻展寬實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的多波長(zhǎng)激光器的各類方法進(jìn)行了分析總結(jié)。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)操作的同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)之間的可開(kāi)關(guān)操作,這對(duì)一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)更加方便。環(huán)形腔中通過(guò)一個(gè)具有較高功率水平的摻鉺光纖放大器(EDFA)提供增益,梳狀濾波器(如光纖光柵陣列，取樣光纖光柵等各種梳狀濾波器)進(jìn)行多波長(zhǎng)選擇,一段具有合適色散條件的高非線性光纖,如色散位移光纖(DSF)或光子晶體光纖(PCF)等來(lái)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)之間的四波混頻效應(yīng),偏振控制器用來(lái)調(diào)整腔內(nèi)光的偏振狀態(tài),從而有利于更好地滿足相位匹配條件。另外一大類方法就是通過(guò)在單摻雜增益光纖的諧振腔中引入特殊的物理機(jī)制,如頻移反饋實(shí)現(xiàn)室溫穩(wěn)定的多波長(zhǎng)激光振蕩,該類方法具有很強(qiáng)的潛在應(yīng)用價(jià)值。一旦在均勻展寬線寬內(nèi)，交叉增益飽和將大于自增益飽和，任何波長(zhǎng)相關(guān)的損耗的微擾變化都會(huì)通過(guò)交叉增益飽和破壞雙波長(zhǎng)達(dá)到的非穩(wěn)態(tài)平衡。雖然在摻鉺光纖光放大器中以均勻展寬模型對(duì)其進(jìn)行模擬能夠得到很好的近似在深度飽和的情況時(shí)可以觀測(cè)到復(fù)雜的頻譜燒孔現(xiàn)象[2022]。非均勻展寬的增益飽和之所以會(huì)發(fā)生燒孔效應(yīng)，這和它本身引起光譜展寬的機(jī)制有關(guān)。所以對(duì)于頻率在到范圍內(nèi)的粒子將發(fā)射一條中心頻率為 ，線寬為的均勻加寬譜線，這部分粒子產(chǎn)生的增益系數(shù)可按前面的式（）求得。 均勻展寬的增益飽和首先，我們考慮一種二能級(jí)系統(tǒng)的均勻展寬激活介質(zhì)的增益飽和行為。假設(shè)某個(gè)原子由上能級(jí)躍遷到下能級(jí)發(fā)射出一個(gè)光子，由于多普勒效應(yīng)，該光子的表觀頻率會(huì)和其能級(jí)躍遷頻率有一個(gè)偏移，這也造成了光譜線的展寬。由公式可以看出若是理想狀況下，激光發(fā)射的光子將是單一頻率的。根據(jù)所采用的激光增益介質(zhì)不同或梳狀濾波器不同，將多波長(zhǎng)光纖激光器劃分為幾大類分別進(jìn)行考察，為設(shè)計(jì)各種高性能多波長(zhǎng)光纖激光器提供現(xiàn)實(shí)參考。[26]： （）可見(jiàn)濾波峰波長(zhǎng)間隔隨保偏光纖快慢軸折射率差和長(zhǎng)度L變化而變化。最近，利用非3dB耦合器構(gòu)成雙通MZI，華南師范大學(xué)羅安平等人也提出了一種波長(zhǎng)間隔連續(xù)可調(diào)諧的改進(jìn)型雙通MZI。單通馬赫一澤德干涉儀主要由兩個(gè)3dB耦合器(Cl和C2)通過(guò)兩個(gè)不等長(zhǎng)的干涉臂(和)連接而成。采用不同的技術(shù)手段，許多研究者已致力研制出各種梳狀濾波器，常見(jiàn)的有馬赫一澤德干涉儀、保偏光纖Sagnac環(huán)濾波器、各種特殊光纖光柵濾波器及法布里一珀羅干涉儀。通過(guò)調(diào)節(jié)ATT的衰減倍數(shù)從而改變激光腔損耗，他們實(shí)現(xiàn)了激射波帶在15901645nm可調(diào)諧、達(dá)40個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)輸出的SOA光纖激光器。相比較地，SOA卻采用電激勵(lì)方式，使得多波長(zhǎng)半導(dǎo)體光纖激光器無(wú)需考慮泵浦源問(wèn)題。通過(guò)調(diào)諧疊加啁啾光纖光柵的自由頻譜范圍，他們獲得了波長(zhǎng)間隔在 ~。2003年，Han等人利用級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光纖光柵在泵浦功率為 ，獲得了E波段 (1366~1373nm)間隔為 100GHz的19個(gè)波長(zhǎng)激射的拉曼光纖激光器[38]。相對(duì)應(yīng)地，多波長(zhǎng)光纖拉曼激射卻長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都未有所突破。(a)和(b)所示。例如，利用SiO2/GeO2在石英光纖中 的拉曼頻移實(shí)現(xiàn) 1550nm波段的多波長(zhǎng)激射，則必須采用輸出波長(zhǎng)在1425 1455nm范圍內(nèi)的泵浦源。 多波長(zhǎng)光纖激光器的原理及分類 多波長(zhǎng)光纖激光器與其他各種激光器類似，其基本構(gòu)成同樣離不開(kāi)激光器三要素，即激光增益介質(zhì)、諧振腔及泵浦源。 第三節(jié) 本論文研究?jī)?nèi)容本論文主要以多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器為研究對(duì)象，進(jìn)行相關(guān)方面的資料的閱讀，總結(jié)了多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的基本理論和研究進(jìn)展。OTDM 的結(jié)構(gòu)與 ETDM 類似，所不同的是，ETDM 的復(fù)用和解復(fù)用是在電域內(nèi)進(jìn)行，OTDM 的復(fù)用和解復(fù)用都是在光域內(nèi)完成，從而克服了 ETDM存在的“電子瓶頸”問(wèn)題。利用 WDM 技術(shù)組網(wǎng)，以波長(zhǎng)來(lái)選擇路由，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自愈、恢復(fù)，從而構(gòu)成未來(lái)透明的、具有高度靈活性和生存性的光網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于單波長(zhǎng)系統(tǒng)而言，1 個(gè) SDH 系統(tǒng)就需要一對(duì)光纖；而對(duì)于 WDM 系統(tǒng)來(lái)講，不管由多少個(gè) SDH 分系統(tǒng)，整個(gè)復(fù)用系統(tǒng)只需要一對(duì)光纖。由于偏振復(fù)用技術(shù)要求復(fù)雜，特別是對(duì)傳輸介質(zhì)有特殊的要求，所以至今仍局限在實(shí)驗(yàn)室里。隨著人類社會(huì)步入信息化時(shí)代，對(duì)通信的需求呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。二是光波波束寬度極窄，這一點(diǎn)雖然曾被認(rèn)為可以帶來(lái)“保密”這一優(yōu)點(diǎn)，但是在離開(kāi)大氣層的空間（星際）或近地面大氣中完成光收發(fā)的對(duì)準(zhǔn)（“對(duì)光”）與跟蹤卻十分困難。20 世紀(jì) 90 年代后，光纖通信成為一個(gè)發(fā)展迅速、技術(shù)更新快、新技術(shù)新概念不斷出現(xiàn)的領(lǐng)域。 Laser Technology 2002,34(8):599～604.6. and , Analysis of InducedBirefringence Effects on Fibre BraggGratings, Opt. Fiber Technology,2000, N6:299～323. 7. Chaoxiang Shi, FabryPerot resonator posed of a photoinduced birefringent fibergrating, Appl. Opt. 1994,33(30):7002～7007.8. , Ultrahigh speed transmission and multiplexing, ECOC 1994, 1994:109～116.9. , , , et al, Low timing jitter of gain and Qswitched laserdiodes for high bit rate OTDM applications, Electron. Lett., 1997, 33(22):1875～1877.10. , and , 80Gbit/s OTDM using electroabsorptionmodulators, Electron. Lett., 1998, 34(1):101～103.專業(yè)班級(jí) 光信息科學(xué)與技術(shù)07班 學(xué)生 馬飛鵬 要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 至 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 摘要隨著人類社會(huì)步入信息化時(shí)代，對(duì)通信的需求呈現(xiàn)飛速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，波分復(fù)用（WDM）通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。原始資料：1. 劉爽 多波長(zhǎng)光纖激光器及其應(yīng)用研究 華中科技大學(xué) 20102. 劉占元 多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器研究 南開(kāi)大學(xué) 20083. 馮素春 多波長(zhǎng)、単縱摸光纖激光器的研究 北京交通大學(xué) 20104. 李保華 基于非線性效應(yīng)的多波長(zhǎng)摻鉺光纖環(huán)形激光器 華中科技大學(xué) 20075. 王著元 多波長(zhǎng)拉曼光纖激光器的研究 東南大學(xué) 2005　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：論述多波長(zhǎng)光纖激光器應(yīng)用。另一方面，WDM 通信系統(tǒng)正朝著信道數(shù)目越來(lái)越多的方向發(fā)展。兩千多年前在我國(guó)就有了用光傳遞遠(yuǎn)距離信息的設(shè)施——烽火臺(tái)；十八世紀(jì)末期西方出現(xiàn)了用燈光閃爍、旗語(yǔ)等傳遞信息的方法。1970 年美國(guó)康寧玻璃公司首先制造出了損耗為 20dB/km 的光纖[4]，同年與光纖配套的室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器也由貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)了。當(dāng)前，人類社會(huì)對(duì)于信息的需求，使很多現(xiàn)存光纖設(shè)計(jì)容量已經(jīng)耗盡，因此建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)，采用新技術(shù)擴(kuò)展現(xiàn)存光纖通信網(wǎng)的容量成為了光纖通信的迫切任務(wù)。可以是單向傳輸，也可以是雙向傳輸[5]。只要增加復(fù)用信道數(shù)量與設(shè)備就可以增加系統(tǒng)的傳輸容量以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，WDM 系統(tǒng)的各復(fù)用信道是彼此相互獨(dú)立的，所以各信道可以分別透明的傳送不同的業(yè)務(wù)，如語(yǔ)言、數(shù)據(jù)合圖像等，彼此互不干擾，這給使用者帶來(lái)了極大的便利。在發(fā)送端，超短脈沖光源（Pulse Source）每發(fā)送一個(gè)脈沖就對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙經(jīng)過(guò) N 個(gè)不同的路徑，也就是經(jīng)過(guò)距離不同的光纖延時(shí)線后依次輸出，精確控制光纖延時(shí)線的長(zhǎng)度便可得到 N 個(gè)相等的時(shí)隙組成的一幀，如此循環(huán)下去，就使得許多相同的幀傳輸下去，這一過(guò)程被稱為復(fù)用過(guò)程，事實(shí)上就是一個(gè)并行轉(zhuǎn)換成串行的過(guò)程。所謂“全光網(wǎng)”，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程以及信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中的處理（包括交換和路由選?。┦冀K在光域內(nèi)進(jìn)行，這樣就避免了在所經(jīng)過(guò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的光/電和電/光轉(zhuǎn)換時(shí)受到的“電子瓶頸”的限制，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的容量和吞吐量。3 綜述多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的研究進(jìn)展。然而，大多摻稀土光纖放大器(如EDFA)為均勻展寬的增益介質(zhì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的多波長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)是非常不利的，必須采用一些輔助手段來(lái)抑制或削弱它們的均勻展寬特性。為實(shí)現(xiàn)這一目的，通常需要借助梳狀濾波器才能滿足要求。 多波長(zhǎng)拉曼光纖激光器 1977年，Jain等人就利用光纖中的多級(jí)拉曼頻移實(shí)現(xiàn)了 1480nm波段的拉曼激射[19]。與多波長(zhǎng)摻餌光纖激光器相比，多波長(zhǎng)拉曼光纖激光器具備許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn):l)因利用光纖受激拉曼散射實(shí)現(xiàn)光增益，只要有合適波長(zhǎng)的拉曼泵浦源，多波長(zhǎng)拉曼光纖激光器就能實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)的激射。利用高雙折射光纖Sagnac環(huán)鏡作為多波長(zhǎng)選模器件，~ 3nm范圍可調(diào)、激射波帶在11201580nm范圍可選擇的多波長(zhǎng)拉曼光纖激光器[37]。在光通信C+L波段，SOA甚至能產(chǎn)生3dB平坦增益帶寬達(dá) 60nm且大于 10dBm的飽和輸出功率。而且，采用半導(dǎo)體技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)集成化，有利于整個(gè)多波長(zhǎng)激光器系統(tǒng)的小型化。同年，Qureshi等人選用半導(dǎo)體線性光放大器替代普通的橫波SOA，實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定()的多波長(zhǎng)SOA光纖激光器。 基于馬赫—澤德干涉儀的多波長(zhǎng)濾波器利用2個(gè)或多個(gè) 3dB耦合器串聯(lián)并同時(shí)引入干涉臂長(zhǎng)差(或時(shí)延)而構(gòu)成的馬赫一澤德干涉儀(MZI)具有優(yōu)良的光學(xué)濾波性能，在光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域中均具有很重要的應(yīng)用[21]。 由濾波函數(shù) ()式，能更進(jìn)一步的得到單通MZI梳狀濾波的自由頻譜范圍或兩透射峰波長(zhǎng)間隔為： ()由上式可知，波長(zhǎng)間隔能通過(guò)改變兩干涉臂長(zhǎng)差或改變折射率而改變。 相比其他梳狀濾波器相比，它具有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、入射光偏振不敏感、濾波調(diào)諧范圍大且靈活等，并也已經(jīng)應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感等眾多領(lǐng)域。特別地，為了增強(qiáng)保偏光纖Sagnac干涉環(huán)濾波性能的靈活可控性，許多研究者已經(jīng)提出了采用多段保偏光纖插入sagnac環(huán)內(nèi)或級(jí)聯(lián)sagnac干涉環(huán)等方法。導(dǎo)致它緩慢發(fā)展的主要原因是摻鉺光纖激光器內(nèi)在的均勻展寬造成難以達(dá)到穩(wěn)定的多波長(zhǎng)激射。此外，還有由于無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)原子之間的碰撞改變?cè)拥倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)所造成的碰撞展寬也屬于均勻展寬。正是由于均勻展寬和非均勻展寬的機(jī)制不同，導(dǎo)致激活介質(zhì)在達(dá)到增益飽和行為也不同。 將（）代入式（）即可得到均勻展寬介質(zhì)中增益飽和增益系數(shù)為： （） 其中為無(wú)信號(hào)光入射時(shí)的增益系數(shù)，即小信號(hào)益系數(shù)。當(dāng)信號(hào)光強(qiáng)逐漸增大時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)非均勻展寬增益曲線和均勻展寬增益曲線變化完全不同。下面簡(jiǎn)單介紹一下?lián)姐s光纖的光譜展寬特性。由增益系數(shù)公式我們可以得到雙波長(zhǎng)激光腔內(nèi)的速率方程為： () 其中 和分別為兩波長(zhǎng)的腔內(nèi)損耗，根據(jù)常微分方程組的特性我們可以知道，以上方程組要有穩(wěn)定解，即是激光腔內(nèi)兩個(gè)模式能夠穩(wěn)定振蕩必須滿足以下條件： ()以上條件又稱為弱光束耦合條件，即當(dāng)激光腔內(nèi)的交叉增益飽和小于自增益飽和時(shí)，激光腔內(nèi)才有可能形成穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)振蕩。因此，盡管均勻展寬線寬限定了多波長(zhǎng)穩(wěn)定振蕩的波長(zhǎng)間隔的最小值，但是依然可以通過(guò)外部方法減小有效交叉增益飽和來(lái)克服這一障礙。在他們的實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了 14 個(gè)波長(zhǎng)的激光振蕩之后,韓國(guó)的 等和加拿大的 [27],通過(guò)改進(jìn)環(huán)形腔內(nèi)的梳狀濾波器以及摻鉺光纖的增益譜形狀等方法,在 C 波段分別獲得了 34 個(gè)和 17 個(gè)波長(zhǎng)的同時(shí)激光振蕩,且具有比較好的多波長(zhǎng)功率均衡性。光子晶體光纖是最近幾年出現(xiàn)的一種非常引人注目的新型光纖,由于其包層空氣孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性,可以很容易地實(shí)現(xiàn)寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)色散平坦和色散可控的高非線性光纖特性,因此,用光子晶體光纖可以較容易地產(chǎn)生顯著的四波混頻效應(yīng),這使得基于四波混頻效應(yīng)的多波長(zhǎng)光纖激光器具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。相比較而言，盡管液氮冷卻法對(duì)激光器的結(jié)構(gòu)無(wú)需任何要求，但是這種方法將給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)諸多不便。但如果單純地增加光源數(shù)量，勢(shì)必會(huì)增加成本，因此性能穩(wěn)定的多波長(zhǎng)激光器更為人們看好。由于光纖具有極好的柔繞性，激光器可設(shè)計(jì)得相當(dāng)小巧靈活、外形緊湊體積小，易于系統(tǒng)集成，性能價(jià)格比高。2000 年 Xunwen Shu 等人將一個(gè) Bragg 光纖光柵非對(duì)稱的置于光纖 Sagnac 環(huán)形鏡中得到了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的梳狀濾波器，由其構(gòu)成