【正文】 中 0302122(,)4Anhhvn????由式(312)可求出均勻加寬工作物質(zhì)中放大的自發(fā)輻射的譜線寬度為 (313)0()1exp[]ln2sHgvzv?????當 z 很小時， 1，可得0()gzsHv??當 z 很大時，以致 1 時0v (314)0ln2()sgvz?若激光工作物質(zhì)具有多普勒（非均勻）加寬譜線，則可求出放大的自發(fā)輻射的譜線寬度為 (315)0()01ln()ln[]2gvzsiDgvzev?????但 z 很小， 1 時0()gzsiDv???當 z 較大， 1 時，則0v (316)01()siDvgvz???由式(314)及式(316)可以看出，放大的自發(fā)輻射譜線比自發(fā)輻射譜線窄。[或 ]越大，則變窄程度越大。變窄的原因是譜線中心的增益系數(shù)較0()igvz0()Hvz偏離中心頻率時的增益系數(shù)大，而放大的自發(fā)輻射強度是增益系數(shù)的指數(shù)函數(shù) [15]。 超熒光光源的四種結(jié)構(gòu)多種結(jié)構(gòu)的摻鉺光纖超熒光光源已被提出和研究。對于端面泵浦方式，根據(jù)泵浦光和超熒光傳播方向的異同以及光纖兩端是否存在反射，超熒光光纖光源具有如圖 36 所示的幾種基本結(jié)構(gòu)，圖中平光纖端面為反射性的，斜光纖端面為非反射性的。如果光纖兩端面均是非反射性的，則稱為單程裝置；如果光纖端面中有一端是非反射性的，而另一端是高反的(對超熒光中心波長附近的光而言)，則稱為雙程裝置。從泵浦端輸出的是后向超熒光，而從泵浦端的相對端輸出的是前向超熒光。圖36(a)所示為單程前向裝置(SPF)，圖 36(b)所示為單程后向裝置 (SPB)，圖 36(c)所示為雙程前向裝置(DPF)，圖 36(d)所示為雙程后向裝置 (DPB)。 超熒光是一種放大的自發(fā)輻射，包括沿泵浦光方向和逆泵浦光方向的自發(fā)輻射。單程裝置只利用了一個方向的自發(fā)輻射，而雙程裝置則包括了兩個方向的自發(fā)輻射，所以雙程裝置要比單程裝置有更高的轉(zhuǎn)換效率和較低的泵浦功率。在單程后向裝置的超熒光光源中，可以通過優(yōu)化光纖的長度，輸出的超熒光的波長具有不依賴于泵浦功率的穩(wěn)定性，而這種穩(wěn)定性在雙程后向裝置中也可以實現(xiàn)。與雙程前向裝置相比，雙程后向裝置具有更高的輸出功率，更好的波長穩(wěn)定性以及更大的線寬 [1611]。圖 35 超熒光光源的具體結(jié)構(gòu)a)單程前向結(jié)構(gòu)，b ）單程后向結(jié)構(gòu)，c）雙程前向結(jié)構(gòu)，d）雙程后向結(jié)構(gòu)摻雜光纖WDMISO 信號輸出泵浦源 信號輸出 泵浦源WDMISO 摻雜光纖c) d)摻雜光纖WDMISO 信號輸出泵浦源摻雜光纖WDMISO信號輸出 泵浦源a)b)第四章 摻鉺光纖光源的 C 波段的研究 實驗裝置實驗所采用的光源是實驗室現(xiàn)有的單程前向可調(diào)諧摻鉺光纖光源，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 41 所示，用 980nm 激光二極管(LD) 作泵浦源。所用的摻鉺光纖的截止波長為800~960nm，在 1200nm 處的光纖損耗＜5dB/km，1530nm 處的峰值吸收系數(shù)為~，數(shù)值孔徑(NA) 為 177。，模場直徑為 177。 。41 摻鉺光纖光源內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖而泵浦激光器在工作一段時間后，不可避免的會發(fā)熱使得溫度也升高，從而導致 LD 的閾值電流發(fā)射變化，引起泵浦激光器的輸出特性也發(fā)生變化。為了使泵浦激光器有穩(wěn)定的輸出功率，在光纖光源箱內(nèi)部集成了自動溫度控制系統(tǒng) (見圖 42)。其原理是利用 LD 內(nèi)部的熱敏電阻的變化作為反饋信息，從而控制半導體制冷器的工作電流，實現(xiàn)自動控制，使得光源基本工作在恒溫環(huán)境下。此外，在溫度控制系統(tǒng)內(nèi)，還有一塊是用于實現(xiàn)摻鉺光纖光源輸出功率的可調(diào)節(jié)控制。圖 42 摻鉺光纖功率/溫度控制電路實驗中的光譜儀和摻鉺光纖光源的連接方式見圖 43。圖 43 實驗裝置圖 實驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)論摻鉺光纖光源的輸出功率隨抽運電流變化如表 41 所示，基本上呈線性關(guān)系變化。表 41 泵浦電流與 980泵浦源輸出功率表泵浦電流(mA)TMkr(Peak)(dB)波峰(nm)Spectrum Power(dBm)輸出功率(dB)1 130 2 140 3 150 4 160 5 170 6 180 7 190 8 200 9 210 10 220 11 230 12 230 13 220 14 210 15 200 16 190 17 180 18 170 19 160 20 150 21 140 22 130 23 120 24 110 25 100 分析表 41 可知，在摻鉺光纖光源中加入溫度/ 功率控制系統(tǒng)后，光源的輸出功率能夠得到比較穩(wěn)定的輸出，并且隨著調(diào)節(jié)泵浦電流值大小，光源的輸出功率成線性的變化。在泵浦電流增加的過程中光源的輸出功率比泵浦電流減小過程中的輸出功率相對要大一些，即兩個值并不完全擬合（見圖 44） 。這是因為即使在增加了溫度控制系統(tǒng)后，光纖光源在同一泵浦電流下也不可能工作同一溫度環(huán)境中，從而導致光源的輸出功率也相應(yīng)的改變。另外，從表 41 中分析可知，隨著泵浦電流的增加，光源的波峰并不是一個固定的值，它將向短波方向發(fā)生漂移，但改變值并不是很大，泵浦電流從 100mA 增加到 200mA 的過程中，光源波峰向短波方向漂移了。1918171615100 120 140 160 180 200 220 240泵 浦 電 流 （ mA）光源輸出功率（dB）圖 44 摻鉺光纖光源輸出功率與泵浦電流關(guān)系圖實驗中，當光纖長度為定長，抽運功率較小的時候，粒子反轉(zhuǎn)不充分，輸出ASE 光譜集中在長波范圍上，原因是抽運功率較小時，短波長范圍內(nèi)的 ASE 光被鉺離子重新吸收，成為二次抽運源，再次發(fā)射的 ASE 光表現(xiàn)為長波方向。隨著抽運光功率的增加，粒子得以反轉(zhuǎn)充分，出射光向短波長方向偏移，在 1531nm 附近出現(xiàn)一個較為明顯的波峰，且峰值處的增長速率遠遠高于其它波長處。此種現(xiàn)象可以從一段較長光纖的光譜譜形看出，如下圖 45 所示，待抽運功率增加到一定程度后，整個波譜形狀基本保持不變，不再隨抽運光的變化而變化。在實驗中我們通過改變泵浦功率觀察輸出光譜，發(fā)現(xiàn)輸出功率隨著泵浦功率的變化，平坦度有所改變。當泵浦功率取到合適的數(shù)值的時候，則輸出光譜會變得平坦一些。若將短波方向的光部分引回光纖，以提高長波的功率，使其與短波方向功率相匹配，則可同時得到C＋L 波段的 ASE 輸出 [1922]。圖 45 摻鉺光纖光源的光譜輸出第五章 總結(jié)光纖通信已成為當今信息社會不可缺少的神經(jīng)系統(tǒng)，而光源作為光纖通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，其理論和實驗方面的研究有著十分重要的意義。以摻鉺光纖為主要核心的摻鉺光纖放大器和摻鉺光纖光源自 1987 年以來一直是光纖通信領(lǐng)域的研究熱點?，F(xiàn)在已經(jīng)商用化的高濃度摻鉺光纖很多，而且近幾年的價格下降較快。C 波段光源已經(jīng)非常成熟化，目前主要的研究 L 波段和 C+L 波段的寬帶光源。而且未來的光纖光源是以更高功率，更寬更平坦光譜，超連續(xù)、多波長的方向發(fā)展。論文主要利用實驗室的現(xiàn)有條件，圍繞寬摻鉺光纖光源進行了一些理論和實驗研究。在本論文中，主要完成了以下工作：（1）概要介紹了摻鉺光纖光源的研究背景，包括摻鉺光纖光源的特點、應(yīng)用、發(fā)展前景以及研究的必要性。（2）對摻鉺光纖光源研制過程中的主要光電器件從原理及性能等方面作了系統(tǒng)的描述。主要包括摻鉺光纖的基本概念及參數(shù)，鉺離子能級間躍遷原理，摻鉺光纖的熔接問題；結(jié)合實際應(yīng)用研究了抽運激光二極管的使用、結(jié)構(gòu)、使用注意事項等；闡明了光纖波分復用器的原理。 （3）運用的理論分析，介紹了摻鉺光纖超熒光光源的基本原理，同時在此基礎(chǔ)上，對摻鉺光纖光源的制作進行了詳細的介紹。論文研究了單程前向可調(diào)諧摻鉺光纖光源在泵浦電流改變的情況下其輸出特性的變化，以及在在同一環(huán)境下光源輸出功率的擬合特性。使得對光源的進一步完善提供了可能。而該論文的不足之處在于測試摻餌光纖光源穩(wěn)定的時候，并沒有改變外部的環(huán)境，只是在實驗室固有的環(huán)境下進行了測試。從而，實驗所得的數(shù)據(jù)有限，從而該論文對于此摻餌光纖光源在實際應(yīng)用過程中的指導意義也又一定的局限性。參考文獻[1] . Kao, . Hockham .Waveguides Dielectricfibre surface waveguides for optical frequencies[J]. IEE PROCEEDINGS,1986(6):191198.[2] [M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2022，12.[3] 周亞訓，陳芬，徐鐵峰，[J].光子學報，2022，35(7):10381041.[4] 王劼，陳一竑，干福熹，等. 氟鋯酸鹽玻璃中 Tm3+對 Er3+可見發(fā)光的猝滅[J].發(fā)光學報，1996，17(2):104110. [5] 沈林放，[J].量子電子學報，2022,17(4):345349.[6] 喬學光，習聰玲，賈振安， C+L 波段摻鉺光纖寬帶光源[J].光通信技術(shù)，2022，17(9):1517.[7] 馬鴻志，許立新，王安延，[J].光學與光電技術(shù)，2022，29(5):2932.[8] 光纖通信發(fā)展中的里程碑[J].，1(9):89.[9] 安毓英，曾小東，[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2022，250251.[10] 于嶺，張昊，劉艷格，等 . 一種超寬帶摻鉺光纖放大器的實驗研究[J]. 南開大學學報（自然科學版） ，2022，39(1):7073.[11] 石順祥，孫艷玲，馬琳，[M].武漢：華中科技大學出版社，2022，81.[12] Dominique , Lew Goldberg, Robert P. Moeller, et al. Wavelength stability characteristics of a highpower amplified superfluorescent source [J]. Lightwave Technology,1999,17(8): 14151421.[13] 肖瑞，[J].量子電子學報，2022，31(3):360365.[14] 王秀琳. 一種高效率的 L 波段摻鉺光纖 ASE 寬帶光源[J]. 光子學報，2022，35(3): 428430.[15] 周炳琨，高以智，陳倜嶸，[M].：國防工業(yè)出版社，2022，203205.[16] Shen L F, Qian J R. High stability and broad band Erbiumdoped superfluorescent fiber Source [J]. Acta Optica Sinica, 2022,21(3): 300304.[17] Qian Jingren, Cheng Xu, Zhu Bing. The experimental research of a broadband Erbiumdoped fiber superfluorescent source[J]. , 1998, 25(11):989992.[18] Hou G F, Li Y G, Fu CH P. Rareearthdoped fiber superfluorescent source[J]. Laser Journal, 2022, 23(1):1720.[19] 黃文財，明海，謝建平. L 波段摻鉺光纖超熒光光源和放大器研究 [J].光電工程，2022，29(6):5052.[20] Tsai S C, Tsai T C, Law P C, et al. Highpower flat Lband erbiumdoped ASE source using dual forwardpumping scheme[J]. Optical and Quantum Electronics, 2022, 35(2):161167.[21] Chen H, Leblanc M, Schinn G W. Gain enhanced Lband optical fiber lasers with erbiumdoped fibers. Optics Communications, 2022, 216:119125.[22] 陳勝平，呂可誠，李乙鋼，等. 大功率高效率摻鉺超熒光光纖光源及其應(yīng)用[J]. 光子學報，2022，33(1):1720.襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃