【正文】 種常見的物理接觸 光纖隔離器和環(huán)形器 隔離器光在光纖本身和由光纖制作的元件中傳播的時候都會被散射和反射，所有這些回射光常常被稱為光反饋。連接器的基本結(jié)構(gòu)包括接口零件、光纖插針和對中三部分。當(dāng)然價格也是一個重要的因素。連接器“跳線”用于終端設(shè)備和光纜線路及各種光無源器件之間的互連，以構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)。連接器是光纖通信中應(yīng)用最廣泛最基本的光無源器件。而活動型連接則是用連接器是把兩個光纖端面結(jié)合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸（活動）連接的器件?；顒舆B接器一般要購買解決，永久性連接則需要專門的連接器件。將要切割的裸光纖順著半徑 R 的（一般為幾厘米）剛體放置，金剛刀垂直放置，金剛刀垂直光纖在光纖上壓一傷痕，然后對光纖施一張力，傷痕產(chǎn)生的裂紋彎曲應(yīng)力和張力的作用下逐漸擴(kuò)大，結(jié)果光纖就能平整的被切割 [9]。 光纖連接技術(shù) 光纖的處理光纖的切割方法：光纖與光源或探測器耦合時，為了提高耦合效率，將光纖端面拋光成鏡面，且垂直于纖芯軸線。在 980nm 的衰減指的是在抽運(yùn)光波長上的衰減，典型值是 2 dB/m 到 7 dB/m，但在 980nm 上也能找到衰減為 23 dB/m的光纖。同時橫截面可以將其看成對鉺離子將發(fā)射或吸收一個光子的概率的測量，一個鉺離子躍遷所吸收或發(fā)射的光能的數(shù)量等于入射光的強(qiáng)度乘以相應(yīng)的橫截面。小于 950nm 是比較典型的數(shù)值，但同時也能找到截止波長達(dá)到 1450nm 的摻鉺光纖。同時數(shù)值孔徑的改變能夠改變其噪聲系數(shù)：高的數(shù)值孔徑產(chǎn)生低的噪聲（對 EDFA） ，為了減少噪聲，現(xiàn)已研制出具有數(shù)值孔徑高達(dá) 的光纖，相反，對 ASE 光源，低的數(shù)值孔徑將產(chǎn)生更高的 ASE 功率。這些尺寸相對于多模和單模傳輸光纖是標(biāo)準(zhǔn)的，不同之處在于纖芯尺寸，對于多模光纖是 m 和 50 m，對于單模光纖是? m，摻鉺光纖是 ~ m。在市場上已有 Er3+濃度高達(dá) 5000ppm 的鉺光纖。摻鉺光纖的模場直徑范圍一般在 3~6 m（常規(guī)光? ?纖的 MFD 的典型范圍是 9~12 m）左右，在摻雜光纖 MFD 較小的地方（即有較小的纖芯直徑的地方） ，作為摻鉺光纖放大器時，Er 3+和信號光子之間的碰撞機(jī)會增加了，使得小的纖芯直徑增大了放大過程的效率。所以，應(yīng)當(dāng)盡可能的提高硅基光纖中 Er3+濃度。為了滿足光源迅速增長的帶寬需要，拓寬并利用光纖豐富的帶寬資源是提高光通信容量的最有效的方法，因此隨著 C 波段的光纖器件研究技術(shù)、制造工藝與工程運(yùn)用不斷成熟，L 波段和 S 波段的光器件的研制也引起廣泛的關(guān)注，光源的研制則首當(dāng)其沖，致力于研制全波段、超小型化、高穩(wěn)定度的產(chǎn)品。我國應(yīng)根據(jù)國力現(xiàn)狀抓住機(jī)遇，選準(zhǔn)方向，有所創(chuàng)新，有所突破，這樣一定能把我國光子學(xué)技術(shù)和光子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推向國際前沿。在此大環(huán)境下，我國光電子技術(shù)的研究和應(yīng)用發(fā)展很快，已成為整個高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個新的增長點。并認(rèn)為光子學(xué)在國家安全與經(jīng)濟(jì)競爭方面有著深遠(yuǎn)意義和潛力，通信與計算機(jī)研究與發(fā)展的未來屬于光子學(xué)。與此同時，在歐共體制定的“尤里卡”發(fā)展計劃中，光子學(xué)技術(shù)擺在了極其重要的位置，德國把光子學(xué)發(fā)展確立為 21 世紀(jì)初保持在國際科技市場先進(jìn)地位的九大關(guān)鍵技術(shù)之一予以極大的重視。光子學(xué)的重要性及其對未來信息化社會的深遠(yuǎn)影響已被世界各國科學(xué)與工程界、企業(yè)界、政府部門所認(rèn)識，西方發(fā)達(dá)國家已把光子學(xué)列為國家高科技發(fā)展的重點，投入巨大的人力和財力并予以周密的部署。另外，由于單程前向結(jié)構(gòu)的光源在帶寬較寬時輸出功率很小，因而一般不被采用 [8]。近年來，由于抽運(yùn)功率的高穩(wěn)定性，雙程后向結(jié)構(gòu)也在實驗中得到了實現(xiàn)。在這些結(jié)構(gòu)中，單程后向結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡單并且不容易形成激光而被廣泛應(yīng)用。自從 1989 年提出用激光二極管（LD）抽運(yùn)的摻鉺光纖超熒光光源以來，人們對其進(jìn)行了廣泛的理論和實驗研究。 本論文研究的目的和意義目前商用的寬帶光源大多數(shù)為發(fā)光二極管（LED）和超發(fā)光二極管（SLED） ，但是它們的壽命較短、波長穩(wěn)定性差、輸出功率低，并且由于空間相干性差，與單模光纖較難耦合，較大程度地限制了在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。2022 年，我校光電傳感測井重點實驗室的喬學(xué)光、習(xí)聰玲、賈振安等運(yùn)用 3dB 寬帶耦合器作為光纖反射鏡，優(yōu)化摻鉺光纖長度，利用功率控制電路，獲得了功率高達(dá) ( dBm)的C+L 波段 ASE 光輸出，平均波長為 nm[6]。在 2022 年夏中國科技大學(xué)錢景仁等人宣讀了他們提出并在實驗上驗證的一種雙級雙程前向輸出結(jié)構(gòu)的摻鉺光纖光源結(jié)構(gòu)，并稱通過該結(jié)構(gòu)合理選擇參數(shù)能得到高穩(wěn)定度、高功率、寬帶寬的熒光輸出，論文并同時收錄在光子學(xué)報中。國內(nèi)對超熒光光纖光源的研究起步比較晚，有關(guān)的報道也比較少。如美國海軍研究室的 提出并研究了一種雙級后向結(jié)構(gòu)的光源，這種結(jié)構(gòu)的第一級是由一個 100mW 激光器抽運(yùn)的單程后向結(jié)構(gòu)的 SFS，摻鉺光纖（LucentHG980）的長度為 32m，第二級是由 2W 大面積激光器泵浦一段 長的 ErYb 雙包層光纖作為放大器，最終得到的輸出功率為 220240mW，帶寬為1828nm，波長穩(wěn)定度為 110ppm 的高功率高穩(wěn)定度光源。這種多波長光纖光源便于在WDM 及 DWDM 系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在選擇用于雙程光源的反射器時，人們比較了采用薄膜反射器和光纖光柵的區(qū)別，人們還在光源中加入其它光纖器件以提高其性能，如采用長周期光纖光柵以使光譜變得更加平坦或補(bǔ)償其波長穩(wěn)定性。另外，摻鉺光纖以與 EDFA 相同的原理還被用于寬帶光源和各種形式的激光器，在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并且在很多領(lǐng)域開始取代傳統(tǒng)的光源。由于 EDFA 的光增益恰好在光纖的低損耗窗口，并且具有高增益、高可靠性、低噪聲、低成本和寬帶特性，又一次引發(fā)了光纖通信領(lǐng)域的一場革命。在 1987 年，EDFA 的發(fā)明改變了以往對復(fù)雜昂貴的電中繼器的依賴狀況。由三個加速度計和三個陀螺可以在三維空間中記錄從起點開始的所有狀態(tài)變化，從而達(dá)到定位的目的。光源在光纖陀螺中也有相當(dāng)重要的應(yīng)用。在光纖通信和光纖傳感中，光源是最基本的源頭部分，所以人們一直對其進(jìn)行研究。與 SLD 相比，摻稀土元素光纖中產(chǎn)生的放大自發(fā)輻射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)具有溫度穩(wěn)定性強(qiáng)、熒光譜線寬、輸出功率高，使用壽命長等特點，在光纖傳感系統(tǒng)(如光纖陀螺儀)和某些信號處理、光學(xué)層析和醫(yī)用光學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，稱之為超熒光光纖光源(Superfluorescent Fiber Source，SFS) [3]。目前商用的寬帶光源多為 SLD，但 SLD 的壽命較短、波長穩(wěn)定性差、輸出功率低，并且由于空間相干性差，與單模光纖的耦合也受到了限制。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀把鉺以及其它三價稀土元素?fù)诫s到光纖中是 60 年代早期科學(xué)家的構(gòu)想，在摻鉺光纖光源出現(xiàn)以前，主要用激光二極管(Laser Diode，LD)、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)、超發(fā)光二極管(Super Light Emitting Diode，SLED)等作為光源，它們有光譜窄或功率極低，或穩(wěn)定度較低等一些缺點。今天的人們對光纖通信網(wǎng)絡(luò)提出了更加高速更寬寬帶的發(fā)展需求，對光纖光源的性能也提出了更新更高的要求。其中摻鉺光纖放大器具有的高功率、高輸出功率、低噪聲，工作在低損耗的波長 1550nm 窗口，并能對其較寬的帶寬范圍內(nèi)（30nm 以上）提供均衡和穩(wěn)定的增益特性等優(yōu)點，在很多領(lǐng)域和場合，正在逐步取代傳統(tǒng)再生中繼的光－電光轉(zhuǎn)換，在現(xiàn)代光通信網(wǎng)絡(luò)中扮演著不可缺少的重要角色。隨著在光纖領(lǐng)域的研究深入，人們發(fā)現(xiàn)光纖在摻入微量的其它雜質(zhì)之后便會表現(xiàn)出原來沒有的特性，而這些特性對于人們的生活實際應(yīng)用有著重要意義。隨后，這一成就得到各國的廣泛重視，掀起了光纖通信的研究的熱潮。1966 年，美籍物理學(xué)家高錕博士提出，當(dāng)玻璃光纖中的離子含量降低到 106 數(shù)量級以下，則可使玻璃對光的吸收損耗下降到 10 dB/km 以下 [1]。 and discusses ASE transitions among energy levels in the erbiumdoped fiber. Meanwhile, it gives a brief introduction of the four ultrastructure of ASE light source. The fourth part mainly studies the existing erbiumdoped fiber light source through the method of laboratory experiments and analyzes the influences of changes of the relevant parameters of singlepass forward pumping on the light source performance. Finally, the disadvantages of the study are analyzed, and then prospect the future of the doped fiber light source according to the recent developments.Keywords: Erbiumdoped fiber source； Amplified spontaneous emission；Cband 目錄第 1 章 緒論 ........................................................................................................................1 引言 ............................................................................................................................1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 ....................................................................................................1 本論文研究的目的和意義 ........................................................................................3第 2 章 摻鉺光纖光源研究所需的器件及其原理 ............................................................5 摻鉺光纖 ....................................................................................................................5 光纖連接技術(shù) ............................................................................................................6 光纖的處理 .........................................................................................................6 光纖隔離器和環(huán)形器 ................................................................................................7 隔離器 .................................................................................................................7 環(huán)形器 .................................................................................................................7 全光纖波分復(fù)用器 ....................................................................................................8 WDM 工作原理 ..................................................................................................8 WDM 的特征參數(shù) ...........................................................................................9 泵浦源介紹 ..............................................................................................................10 泵浦源的特性 ..................................................................