【正文】 ed 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 光信息科學與技術(shù)07班 學生 馬飛鵬 要求設(shè)計（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 系主任批準簽字 日期 摘要隨著人類社會步入信息化時代，對通信的需求呈現(xiàn)飛速增長的趨勢，波分復(fù)用（WDM）通信技術(shù)應(yīng)運而生。打印一份裝訂后并提交。論述多波長摻鉺光纖激光器實現(xiàn)的基本原理。太　原　理　工　大　學畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書　畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：多波長摻鉺光纖激光器研究進展畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：畢業(yè)論文要求：在大量查閱多波長摻鉺光纖激光器研究方面文獻的基礎(chǔ)上，整理文獻， 最后整理成文，按時完成畢業(yè)論文。原始資料：1. 劉爽 多波長光纖激光器及其應(yīng)用研究 華中科技大學 20102. 劉占元 多波長摻鉺光纖激光器研究 南開大學 20083. 馮素春 多波長、単縱摸光纖激光器的研究 北京交通大學 20104. 李保華 基于非線性效應(yīng)的多波長摻鉺光纖環(huán)形激光器 華中科技大學 20075. 王著元 多波長拉曼光纖激光器的研究 東南大學 2005　畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：論述多波長光纖激光器應(yīng)用。綜述多波長摻鉺光纖激光器的研究進展學生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文）：根據(jù)《太原理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》的要求撰寫畢業(yè)論文，要用我校統(tǒng)一的太原理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙，并用計算機打印。　主要參考文獻（資料）：1. , Ultrahighspeed optical timedivisionmultiplexed transmissiontechnologybased on optical signal processing, IEEE J. Quantum Electron., 1998,34(11):2064～2079.2. , Optical TDM transmission techniques toward Tbit/s, LEOS1997,1997,287～288.3. and , Spacingtunable multiwavelength fiber laser, .,2001,37(16):1015～1016.4. Junqiang Sun, and Wei Liu, Multiwavelength generation by utilizing secondordernonlinearity of LiNbO3 waveguides in fiber lasers, Opt Commun., 2003, 224(8):125～130.5. Jianliang Yang, Tunable multiwavelength bined linearcavity fiber laser source with equally changed wavelength spacing, Opics amp。目前，WDM 系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下兩大趨勢：一方面，WDM 正在由點到點傳輸系統(tǒng)向WDM 全光網(wǎng)發(fā)展。另一方面，WDM 通信系統(tǒng)正朝著信道數(shù)目越來越多的方向發(fā)展。在各類多波長激光器中，多波長摻鉺光纖激光器以其眾多優(yōu)點成為了研究熱點。光纖通信系統(tǒng)與電纜相比具有傳輸容量大、傳輸距離長、不受電磁場干擾、保密性好及使用輕便等優(yōu)點。光時分復(fù)用（OTDM）、光波分復(fù)用（OWDM）特別是為密集波分復(fù)用（DWDM）提供支持的摻鉺光纖放大器（EDFA） 和光無源器件迅速實用化，為高速率、大容量信息的長距離傳輸提供了易于實現(xiàn)的方式，也為以波長選路為基礎(chǔ)的全光通信網(wǎng)的發(fā)展提供了可能[1]。兩千多年前在我國就有了用光傳遞遠距離信息的設(shè)施——烽火臺；十八世紀末期西方出現(xiàn)了用燈光閃爍、旗語等傳遞信息的方法。在 60 至 70 年代，“激光通信”曾一度是通信專家與工程師們研究的熱點。一是由于氣象因素的影響，近地面大氣光信道極不穩(wěn)定，難于實現(xiàn)“全天候通信”。正在這時，1966 年英國標準電信研究所的英藉華人高錕（K. C. Kao）博士和 G. A. Hockham 等人提出了利用低光學損耗玻璃纖維作為光傳輸介質(zhì)實現(xiàn)光通信的方案[3]，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因并大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)濃度，就有可能使光纖的損耗降低到 20dB/km。1970 年美國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驗室制造出來了。在此后的幾十年的時間里，光纖通信技術(shù)被廣泛研究并得到了長足的發(fā)展。無論什么時候一種新技術(shù)的興起與發(fā)展，總是離不開技術(shù)原動力的推動和市場需求。人們希望能夠?qū)崿F(xiàn)無論何時、無論何地、通過何種方式都能夠方便的獲取需要的信息。當前，人類社會對于信息的需求，使很多現(xiàn)存光纖設(shè)計容量已經(jīng)耗盡，因此建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)，采用新技術(shù)擴展現(xiàn)存光纖通信網(wǎng)的容量成為了光纖通信的迫切任務(wù)。光纖通信復(fù)用方式通?？梢苑譃楣獠ǚ謴?fù)用與光信號復(fù)用。有人把頻分復(fù)用歸到波分復(fù)用里，也有人把空分復(fù)用理解為一種技術(shù)上最簡單的擴容手段，即通過增加光纜的光纖芯數(shù)和相應(yīng)增加傳輸設(shè)備來增加傳輸?shù)目側(cè)萘?，但嚴格地說，空分復(fù)用是同一根光纖芯中的空間分割，現(xiàn)僅用于長距離通信。真正商用的復(fù)用方式只有光波分復(fù)用和光時分復(fù)用?？梢允菃蜗騻鬏?，也可以是雙向傳輸[5]。WDM 技術(shù)具有以下主要特點：(1) 超大容量傳輸。(2) 節(jié)約光纖的資源。例如，對于16 路的 ，單波長系統(tǒng)需要 32 根光纖，而 WDM 系統(tǒng)僅需要兩根光纖。只要增加復(fù)用信道數(shù)量與設(shè)備就可以增加系統(tǒng)的傳輸容量以實現(xiàn)擴容，WDM 系統(tǒng)的各復(fù)用信道是彼此相互獨立的，所以各信道可以分別透明的傳送不同的業(yè)務(wù)，如語言、數(shù)據(jù)合圖像等，彼此互不干擾，這給使用者帶來了極大的便利。EDFA 具有高增益、寬帶寬、低噪聲等優(yōu)點，且其光放大范圍為 15301565nm，但其增益曲線比較平坦的部分是 15401560nm，它幾乎可以覆蓋 WDM 系統(tǒng)的1550nm 的工作波長范圍。WDM 系統(tǒng)的超長距離光束可達數(shù)百公里同時節(jié)省大量中繼設(shè)備、降低成本(5) 高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性。WDM 通信的關(guān)鍵技術(shù)包括：波長可調(diào)諧及多波長光源技術(shù)；摻鉺光纖放大器技術(shù)；光纖傳輸技術(shù)等等。在發(fā)送端，超短脈沖光源（Pulse Source）每發(fā)送一個脈沖就對應(yīng)產(chǎn)生一個時隙，每個時隙經(jīng)過 N 個不同的路徑，也就是經(jīng)過距離不同的光纖延時線后依次輸出，精確控制光纖延時線的長度便可得到 N 個相等的時隙組成的一幀，如此循環(huán)下去，就使得許多相同的幀傳輸下去，這一過程被稱為復(fù)用過程，事實上就是一個并行轉(zhuǎn)換成串行的過程。幀信息流到達接收端后，經(jīng)過與復(fù)用過程相反的解復(fù)用過程，將不同的時隙分配給指定的用戶，這又是一個將串行轉(zhuǎn)換成并行的過程。目前，電時分復(fù)用技術(shù)（ETDM）已經(jīng)非常成熟了，也為人們所熟知。與 WDM 系統(tǒng)不同的是，在 OTDM 中，采用單一光波長傳輸。所謂“全光網(wǎng)”，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程以及信號在網(wǎng)絡(luò)中的處理（包括交換和路由選?。┦冀K在光域內(nèi)進行，這樣就避免了在所經(jīng)過的各個節(jié)點上的光/電和電/光轉(zhuǎn)換時受到的“電子瓶頸”的限制，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的容量和吞吐量。OTDM 全光網(wǎng)可提供比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)高得多的速率，一般可支持單信道大于100Gbit/s 的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，并且網(wǎng)絡(luò)容量以每10 年增長10倍的速度繼續(xù)增長[68]。時分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)包括：高重復(fù)速率超短光脈沖源；超短光脈沖傳輸技術(shù)；時鐘提取技術(shù)；光時分解復(fù)用技術(shù)；全光中繼再生技術(shù)等等。主要包括以下1 論述多波長光纖激光器應(yīng)用。3 綜述多波長摻鉺光纖激光器的研究進展。這主要歸因于它自身的獨特優(yōu)點，如多波長輸出、結(jié)構(gòu)緊湊、低成本、好的光束質(zhì)量、低插入損耗等。為達到以上要求，采用不同的激光增益介質(zhì)、不同的梳狀濾波器及不同的諧振腔結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究者已進行了大量的研究工作，成果卓著。 (1)就增益介質(zhì)而言，多波長光纖激光器通常采用光纖放大器(如摻稀土光纖放大器[11]和拉曼光纖放大器[12]作為增益介質(zhì)，這將使得其具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活方便等優(yōu)點。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)，對實現(xiàn)穩(wěn)定的多波長運轉(zhuǎn)是非常不利的，必須采用一些輔助手段來抑制或削弱它們的均勻展寬特性。另一方面，拉曼光纖放大器(或半導(dǎo)體光放大器SOA)自身具有非均勻增益展寬特性，因此無需其他輔助技術(shù)就能容易產(chǎn)生多波長激射，故在眾多場合也備受青睞。下面舉幾例加以說明:1)如果選用摻餌光纖作為增益介質(zhì)，泵浦源一般選用980nm或 1480nm的激光源:2)如果選用半導(dǎo)體光放大器作為增益介質(zhì)，大多采用電泵浦方式完成:3)如果選用拉曼光纖放大器作為增益介質(zhì)，根據(jù)所采用拉曼光纖的拉曼頻移量大小及目標激射波長，其拉曼泵浦波長也是基本確定的。(3)在多波長光纖激光器中，諧振腔起到至關(guān)重要的作用—完成多波長選模。為實現(xiàn)這一目的，通常需要借助梳狀濾波器才能滿足要求。它們的運行原理及濾波性能比較將在下面介紹。根據(jù)諧振腔結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同，多波長光纖激光器可以分為環(huán)形腔多波長光纖激光器和線性腔多波長光纖激光器。 (a) (b)(a)環(huán)形腔，(b)線性腔根據(jù)所采用的激光增益介質(zhì)不同，多波長光纖激光器通?？煞譃樗念?多波長摻餌光纖激光器，多波長拉曼光纖激光器，多波長半導(dǎo)體光纖激光器，多波長混合增益光纖激光器。 多波長拉曼光纖激光器 1977年，Jain等人就利用光纖中的多級拉曼頻移實現(xiàn)了 1480nm波段的拉曼激射[19]。然而，隨著高功率摻稀土激光器和半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，拉曼泵浦源的問題得以解決。 在90年代之前，拉曼光纖激光器的研究主要集中在利用光纖中SiO2的一級或多級拉曼頻移實現(xiàn)單波長振蕩。實際上，在鍺硅光纖中SiO2的拉曼增益能覆蓋其拉曼頻移峰 ，而未能獲得多波長拉曼激射的主要原因是當時的泵浦技術(shù)還不夠成熟，使得仍不能提供足夠?qū)挾教沟睦鲆孀V。與多波長摻餌光纖激光器相比，多波長拉曼光纖激光器具備許多獨特優(yōu)點:l)因利用光纖受激拉曼散射實現(xiàn)光增益，只要有合適波長的拉曼泵浦源，多波長拉曼光纖激光器就能實現(xiàn)任意波長的激射。3)拉曼光纖激光器飽和閾值較高，很容易實現(xiàn)高功率多波長輸出。MatoS等人在此基礎(chǔ)上采用4個光纖光柵作為多波長選模器件進一步獲得了波長可調(diào)諧的4波長拉曼光纖激光器圈[35]。隨后幾年，他們也利用各種特殊光纖光柵(包括少模光纖光柵和多點相移光纖光柵)作為梳狀濾波器，完成了一系列多波長拉曼光纖激光器的研究[38,39,40]。利用高雙折射光纖Sagnac環(huán)鏡作為多波長選模器件，~ 3nm范圍可調(diào)、激射波帶在11201580nm范圍可選擇的多波長拉曼光纖激光器[37]。然而，前面涉及的多波長拉曼光纖激光器的波長間隔大多不能調(diào)諧或者僅僅可離散調(diào)諧。高功率1455nm拉曼光纖激光器作為泵浦源，拉曼增益介質(zhì)由一段高非線性光纖構(gòu)成，1550nm波段帶寬可調(diào)諧的高反射率光柵作為激光腔鏡之一，疊加啁啾光纖光柵聯(lián)合一個光環(huán)形器構(gòu)成另一端激光腔鏡，10:90光耦合器的10%端提供激光輸出，從而一個線性腔拉曼光纖激光器被構(gòu)成。通過調(diào)諧左端啁啾光纖光柵的反射帶寬，他們也實現(xiàn)了激射波長數(shù)目在210之間變化的多波長激射。在光通信C+L波段，SOA甚至能產(chǎn)生3dB平坦增益帶寬達 60nm且大于 10dBm的飽和輸出功率。 與其它的增益介質(zhì)相比，SOA以作為增益介質(zhì)實現(xiàn)多波長激射擁有諸多優(yōu)點，具體有以下三點: (1)由于稀土離子在光纖中通常會產(chǎn)生均勻展寬現(xiàn)象，強烈的模式競爭使得在摻稀土光纖增益介質(zhì)中只能實現(xiàn)單波長輸出，如果需要實現(xiàn)穩(wěn)定的多波長激射通常需要較復(fù)雜的附加技術(shù)來抑制其均勻展寬[28]。(2)盡管拉曼增益為非均勻展寬從而也無需附加技術(shù)抑制模式競爭，但為了獲得所需的激射波帶，拉曼泵浦波長必須嚴格滿足拉曼頻移的要求且拉曼泵浦閾值通常較高。而且，基于SOA的多波長光纖激光器結(jié)構(gòu)非常簡單，能大大降低激光器成本。而且，采用半導(dǎo)體技術(shù)很容易實現(xiàn)集成化，有利于整個多波長激光器系統(tǒng)的小型化。2004年，Chen等人采用可調(diào)控的高雙折射sagnac環(huán)鏡作為梳狀濾波器，[23]。 ，一個寬帶增益的SOA在腔內(nèi)提供非均勻展寬增益，馬赫曾德爾干涉儀(MZI)作為梳狀濾波，偏振控制器(PC)優(yōu)化腔內(nèi)偏振態(tài)，隔離器(ISO)保證單向運轉(zhuǎn)，一個10:90的光耦合器(OC)提取10%的振蕩光作為激光輸出，經(jīng)過可調(diào)諧光衰減器(ATT)后與SOA相連構(gòu)成一個閉合的環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。2005年，Dong等人采用波導(dǎo)基馬赫一澤德干涉儀作為梳狀濾器，更進一步地獲得了多達75個波長同時穩(wěn)定激射的SOA光纖激光器[22]。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，實現(xiàn)了超穩(wěn)定()的多波長SOA光纖激光器。