辅腔泵浦高功率铒镱共掺光纤放大器研究

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铒镱共掺光纤放大器(EYDFA)的输出在1.5μm波段,这个波段的激光不仅具有较低的光纤传输损耗和大气传输损耗,还有着相对较好的“人眼安全”特性。由于这些特点,高功率铒镱共掺光纤放大器在光通信、军事、医疗等诸多领域有着重要的应用价值。现有的研究表明,镱波段放大的自发辐射(ASE)是限制放大器实现高功率输出的主要因素。针对这一问题,本文提出了一种抑制镱波段ASE的方法——辅腔泵浦法,建立了其理论模型,并进行了系统的理论和实验研究。  本论文的主要研究内容如下:  1.提出一种新型的抑制镱波段ASE的方法——辅腔泵浦法。在传统铒镱共掺光纤放大器理论模型的基础上,综合考虑引入辅腔后的边界条件,建立了辅腔泵浦铒镱共掺光纤放大器的理论模型,提出一种高效、稳定的求解该模型的算法——边界修正算法,并编制了MATLAB程序。  2.基于数值仿真对辅腔泵浦高功率铒镱共掺光纤放大器进行了系统的理论研究。分析了辅腔谐振波长、泵浦方式、泵浦功率和输入信号波长对放大器性能的影响,并将辅腔泵浦法与之前见诸报道的镱波段辅助信号法进行了对比研究。结果表明,在提高效率、缩短增益光纤长度、提高稳定性和优化增益平坦性等方面辅腔泵浦法均具有明显优势。  3.对辅腔泵浦铒镱共掺光纤放大器进行了实验研究。对其输出特性、光谱特性和增益特性进行了分析。采用976nm半导体激光器作为泵浦源,在17W泵浦功率下,对波长1550nm、输入功率~100mW的信号进行放大,得到了最高7.25W的激光输出,斜率效率达45.6%,光信噪比约50.6dB。信号波长在1534nm-1568nm变化时,增益平坦度为0.12dB。  研究结果表明,通过合理选择镱波段谐振波长和优化增益光纤长度,谐振腔中的镱波段激光振荡可以有效抑制镱波段ASE及其导致的自激振荡,并且由于增益光纤对腔内振荡的重吸收,可以将更多能量转移给铒波段信号,从而可以显著提高放大器的泵浦转换效率。因此,辅腔泵浦法是一种非常有前景的实现铒镱共掺光纤放大器高功率输出方法。
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