适合ITU标准的σ形腔多波长光纤激光器
可调谐多波长掺铒光纤激光器
（ ． 中科技 大学 下一代 互联 网接 入 系统 国家工程 实验 室， １华 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ； ３ ０ ４ ２ 武 汉光 电 国家 实验 室（ ， ． 筹） 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ； ３ ０ ４
３ ．南洋理 工大 学 网络技 术研 究 中心 ， 新加 坡 ６ ７ ５ ） ３ ５３ 摘 要 ：近年 来 ， 多波 长光 纤激 光 器作 为密 集波分 复 用 系统 中的重要 光 源而被 广泛研 究 。 多信道 取 对 样 光 纤光栅（ Ｆ Ｇ） 行 了详 细的理 论分 析 ， Ｍ—Ｂ 进 并在 此基础 上 实现 了一 种 可调 谐 多波 长光 纤激 光 器。 该 激光 器采 用环 形腔 结 构 ， 以掺铒 光 纤作 为增 益介 质 ， 用 Ｍ．Ｂ 的 多波长 选择特 性在 室温 下 实现 了 利 ＦＧ 功率 平坦 度 小 于 １ Ｂ、 Ｂ线 宽 小 于 ０１ ｌ、 模 抑制 比大 于 ５ Ｂ， ０５ ３ ｄ ｄ ．ｎ 边 ｎ ０ ｄ 且 ． ｈ内功 率 波动 小 于 ０５ Ｂ ．ｄ 的稳 定 多波长输 出。同时 ， 通过 对 Ｍ．Ｂ Ｆ Ｇ施 加 变化应 力 ， 实现 了输 出波 长在 一 定 范围 内连 续可调 谐 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
３ Ｎｅ ｒ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｒｅｅ ｒｈ Ｃ ｎｒ ，Ｎ ｎ ａ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｃ ｌＵｎｖ ｒｉ ，Ｓｎ ａ ｏ ｅ ６ ７ ５ ） ． ｔ ｋ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｓ ａｃ ｅ ｔ ｗｏ ｅ ａ ｙ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｉａ ｉｅｓ ｙ ｉｇ ｐ ｒ ３ ５ ３ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｍ ｕ ｔ． ｖ ｌｎ ｔ ｆｂ ｒ ａ ｅ ｗｈｃ ｃ ｕ ｄ ｅ ｓｒ ｃ ： ｌ ｗａ ｅｅ ｇ ｈ ｉ ｅ ｌｓ ｒ ｉ ｉｈ ｏ ｌ ｂ ｕｓｄ ｓ ｈｅ ｉｈ ｓ ｕ ｃ ｉ ｄ ｎ ｅ ｅ ａ ｔ ｌ ｔ ｏ ｒ ｅ ｎ ｅ ｓ ｗａ ｅｅ ｇ ｇ ｖ ｌｎ ｔ ｈ
光纤激光器的详细介绍
光纤激光器的详细介绍光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。
工作原理光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。
普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。
光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。
单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。
多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。
按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。
以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。
当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子呗激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。
反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。
类型按照光纤材料的种类，光纤激光器可分为：1、晶体光纤激光器。
工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+：YAG 单晶光纤激光器等。
2、非线性光学型光纤激光器。
主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。
3、稀土类掺杂光纤激光器。
光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器。
4、塑料光纤激光器。
向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。
按增益介质分类为：a)晶体光纤激光器。
工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:Y AG 单晶光纤激光器等。
光纤激光器简介
光纤激光器的发展
激光器 问世不久，美国光学公司（American optical corporation）的 Snitzer 和Koester分别于1963年和1964年首先提出光纤激光器和放大器的构 思。1966年高锟和Hockham 提出了光纤通信的基本概念。1970年后光纤通 信经历研究开发阶段（1966-1976），实用化阶段（1977-1986）。1986年以 后迅速进入大规模光纤通信建设阶段。随着光通信的迅猛发展，光纤制造 工艺与半导体激光器生产技术日趋成熟，为光纤激光器和放大器的发展奠 定基础。英国的南安普敦大学和通讯研究实验室、德国汉堡技术大学、美 国的Polaroid Corporation、Bell实验室，日本的NTT、Hoya均在光纤激光器 研究中取得许多重要成果。近年来，美国IPG Photonics公司异军突起，展 示S、C、L Bands 的各种光纤放大器，高功率的EDFA，Raman光纤激光器 和双波长Raman光纤激光器，并推出各种商用掺Yb高功率光纤激光器，最 大功率达1万瓦；单模输出功率高达1000W,光束质量非常好。
高能态 亚稳态
1350nm
444III111513///222 4I9/2
下能级
钕离子（Nd3+）能级结构
3.上转换能级的结构
可见光波段激光的产生源于上转换过程。频率上转换是指来自同一 （或不同）泵浦激光器的多个光子被掺杂离子同时吸收，该离子跃迁到 能极差大于单个泵浦光子能量的能级上，使得激光器的工作频率高于泵 浦光频率的过程。
光钎通信器件光纤光栅原理及应用优秀课件
光纤通信器件
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在光纤通信中的应用
c.光纤光栅外腔半导体激光器
将一个半导体激光器的输出耦合到一支光纤光栅上便可以得到光纤光栅外腔半导体激光器。
多波长输出半导体激光器。
阈值电流低，并且具有极低的温度依赖性，以及很高的边模抑制比，可获得窄线宽稳定激光输出，特别适用于DWDM系统上。
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光纤通信器件
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光纤光栅工作原理
（3）悬梁臂调谐法 相对于简支梁结构而言，该结构比较简单，波长调谐范围也较宽，可以达到17nm以上，但是这两种方法都比较难以控制啁啾度，都可以实现啁啾和非啁啾调谐。
P
光纤
光纤光栅
*Hale Waihona Puke 光纤通信器件*光纤光栅工作原理
4. 非轴向应力产生的光纤光栅应变分析 （1）纯弯曲情况 对于纯弯曲情况，受弯矩M作用的弹性梁表面任一点的轴向应变ε可表示为 式中，Z0是考察点距梁中点的距离；E是梁的杨氏模量；I是梁的惯性距。 如果光纤光栅沿梁轴向粘贴于表面，则波长漂移量为
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光纤通信器件
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光纤光栅工作原理
（2）纯转动情况 对于纯转动情况，在扭转角不大的情况下，光纤光栅的应变可表示为 式中，ν是轴距MF作用的梁表面任一点的扭应变，可表示为 式中，G、IP和D分别为梁的剪切横量、横截面积惯性矩和横截面外直径。如果光纤光栅沿梁轴向粘贴于表面，则波长漂移量为
光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长（布拉格波长）表达式：
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光纤通信器件
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光纤光栅工作原理
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光纤通信器件
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均匀FBG的反射特性
由以上两式可知，光栅互耦合系数k（正比于折射率调制深度）与长度乘积kL越大，则峰值反射率越高；折射率调制深度越大，则反射带宽越宽。
通信专业常用英语术语祥解
通信专业常用英语术语祥解ADM Add Drop Multiplexer 分插复用器：利用时隙交换实现宽带管理，即同意两个STM-N信号之间的不一致VC实现互连，同时具有无需分接与终结整体信号，即可将各类G.703规定的接口信号(PDH)或者STM-N信号(SDH)接入STM-M(M>N)内作任何支路。
AON Active Optical Network 有源光网络：有源光网络属于一点对多点的光通信系统，由ONU、光远程终端OLT与光纤传输线路构成。
APON ATM Passive Optical Network A TM无源光网络：一种结合ATM 多业务多比特率支持能力与无源光网络透明宽带传送能力的理想长远解决方案，代表了面向21 世纪的宽带接入技术的最新进展方向。
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 非对称数字用户线：非对称数字用户线系统ＡＤＳＬ是一种使用离散多频音ＤＭＴ线路码的数字用户线ＤＳＬ系统。
AA Adaptive Antenna 自习惯天线：一种天线提供直接指向目标的波束，比如移动电话的天线，能够随目标移动自动调整功率等因素，也称之智能天线（SMART ANTENNA）。
ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation 自习惯脉冲编码调制：一种编码技术，将模拟采样的比特数从8位降低到3到4位，完成传输信号的压缩，ITU-T推荐G.721 为32位ADPCM定义了一种算法（每秒8000次采样，每次采样采4比特），与传统PCM编码相比，它的传输容量加倍。
ADFE Automatic Decree Feedback Equalizer自习惯判决反馈均衡器：一种利用判决后的信号作为后向抽头的输入信号，能够消除噪声对后向抽头信号的影响的均衡器技术。
AMI Alternate Mark Inversion 信号交替反转码：一种数字传输中常用的编码技术，逻辑0由空电平表示，而逻辑1由交替反转的正负电压表示。
HMB 多波长复合光纤激光器用户手册说明书
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1公司简介深圳市创鑫激光股份有限公司成立于2004年，是国内首批成立的光纤激光器制造商之一，也是国内首批实现在光纤激光器、光学器件两类核心技术上拥有自主知识产权并进行垂直整合的国家高新技术企业之一。
公司现已发展成为国际知名的光纤激光器及核心光学器件研发、生产和销售为一体的激光器厂商，是国内市场销售额排名第二的国产光纤激光器制造商。
多波长光纤激光器
（1）掺饵光纤激光器（EDFL）的激射原理 • 由于掺饵光纤激光器的激射波段正好位于 常用的1550nm通信波段，具有较低的闭值 和较高的增益，使其成为了光纤通信系统 的重要光源而得到广泛的应用。 • 一般情况下，光纤激光器按照掺杂离子能 级结构不同可可分为三能级系统和四能级 系统
掺饵光纤激光器的能级 系统可视为三能级系 统，掺饵光纤（EDF） 经过980nm或1480nm 的泵浦激光器泵浦之 后可以激射出中心波 段为1550nm左右的激 光。
掺铒光纤激光器( EDFL) 是目前研究 最多和 已经商品化的光纤激光器。
多波长EDFL研究 发展需解决的问题
多波长EDFL都具 有较窄的增益频谱， 因此限制了更多波 长的激光振荡。
密集波分复用 ( DWDM) 技术的成 熟对多波长激光器 的性能也提出了更 高的要求。
多波长 EDFL中 E D F过长而 产生的 对环境敏感等因素 和使得 输 出波长 更加稳定且易于调 节
（4）多波长激光稳定输出条件
假设在激光腔内同时有两个频率分别为vl和叭的参在本征 模式形成振荡，则增益饱和时两个频率的光的增益系数分 别为:
其中G0（v1）和G0（v2）分别为两信号光的小信号增益系数，I1和I2分 别为两光的光强，k11、k12、k21、k22为饱和系数，其中k11、k12为自 增益饱和系数，表示了各模式的光强对自身增益的影响，k21、k22为交 叉增益饱和系数，表示每个模式对另一个模式的增益的影响。
多波长光纤激光器
光纤激光器
• 光纤激光器是指用掺稀土 元素玻璃光纤作为增益介 质的激光器，光纤激光器 可在光纤放大器的基础上 开发出来：在泵浦光的作 用下光纤内极易形成高功 率密度，造成激光工作物 质的激光能级“粒子数反 转”，当适当加入正反馈 回路（构成谐振腔）便可 形成激光振荡输出。
适合ITU标准的可调谐光纤激光器的研究的开题报告
适合ITU标准的可调谐光纤激光器的研究的开题报告1.研究背景与意义随着光通信技术的不断发展，可调谐光纤激光器作为光通信领域的重要器件之一，发挥着越来越重要的作用。
ITU标准是国际间制定的一系列规范，对光通信领域的技术标准有着重要的引领作用。
因此，对于符合ITU标准的可调谐光纤激光器的研究和开发，有着重要的理论和实践意义。
2.研究内容和目标本研究将以ITU-T G.694.1标准为依据，针对可调谐光纤激光器的关键技术进行深入研究，目标是实现满足ITU标准的可调谐光纤激光器的设计和制作。
具体研究内容包括：(1)研究可调谐光纤激光器的工作原理及结构特点(2)研究可调谐激光器的调谐方式及调谐范围(3)研究可调谐光纤激光器的输出特性及其影响因素(4)设计符合ITU标准的可调谐光纤激光器(5)制作和测试可调谐光纤激光器的性能3.研究方法和技术路线本研究将采用理论研究和实验研究相结合的方法，具体步骤如下：(1)深入掌握可调谐光纤激光器的理论知识，针对可调谐光纤激光器的关键技术进行分析和研究。
(2)通过仿真分析和实验验证，探究可调谐光纤激光器的调谐方式、调谐范围、输出特性以及对ITU标准的符合程度。
(3)根据研究结果，设计符合ITU标准的可调谐光纤激光器，并进行制作和测试。
(4)对实验数据进行分析和处理，验证研究结果的可靠性和有效性。
4.预期成果(1)深入掌握可调谐光纤激光器的关键技术和工作原理，为光通信领域提供理论指导和技术支持。
(2)研究和开发符合ITU标准的可调谐光纤激光器，为光通信领域的发展提供重要的技术支持。
(3)发表相关学术论文，推动该领域的研究进展。
5.研究意义可调谐光纤激光器在光通信领域具有广泛的应用前景，而符合ITU 标准的可调谐光纤激光器更是具有重要的实际应用价值。
本研究的成果将有助于开发和推广符合ITU标准的可调谐光纤激光器，进一步推动光通信产业的发展。
多波长光纤激光器
工作原理
f IDL a b cosc dP
di 10 log f IDL
初始状态：增益>损 耗，激光形成，强 度的增大导致增益 下降，损耗增加； 稳态激光形成：增 益 = 损耗，均匀展 宽效应通过依赖强 度的损耗得以有效 抑制，从而形成稳 态多波长振荡
多波长激光器的输出光谱
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
Multiwavelength tuning with variable attenuator
多波长Raman光纤激光器
梳状滤波器
多波长Raman光纤激光器
多波长掺铒光纤激光器
通过液氮对掺铒光纤进行冷却； 引入偏振烧孔效应； 在环形腔中引入移频器或相位调制器 ；
i 1 E1 0
E1
E2
E3
E2 '
2 2
E3'
E3' E4 *exp(i0 i ( E4 2 E3 )l ) E4' E3 *exp(i0 i ( E3 2 E4 )l )
3. 再次耦合
2 2
E1' ' E2 i 1
：引入的线性相位延迟； ：(=2n2PiL/Aeff) 非线性相移，其中n2为非线性
系数； L 为环镜长度； 为工作波长； Aeff 为光纤有
效模面积；Pi为输入环镜的功率；为顺时针和逆 时针传输分量之间的相位延迟。
工作原理
Ts E2
' 2 2
E1
1 2 (1 ) 1 cos[(1 2 ) p0l ]
' i 1 E4 ' E3
间隔0.173nm的可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器
间隔0.173nm的可调谐多波长布里渊掺铒光纤激光器
张鹏;贾青松;王天枢;姜会林
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2014()6
【摘要】使用四端口环行器和可调谐滤波器,设计了一种间隔为双倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光器.该光纤激光器中使用的四端口环形器可以限制奇次阶斯托克斯光在腔内循环并耦合输出初始泵浦光和偶次阶斯托克斯光,而可调滤波器抑制环形腔所形成的自激振荡模,增加了激发多波长激光的功率,从而增加多波长输出个数及其调谐范围.在布里渊泵浦功率为8dBm、980nm泵浦功率为279mW 时,实验获得波长间隔为0.173nm的6个波长的激光输出,输出激光的可调谐范围为28nm.
【总页数】4页(P32-35)
【关键词】光纤激光器;受激布里渊散射;多波长;双倍布里渊频移;可调谐
【作者】张鹏;贾青松;王天枢;姜会林
【作者单位】长春理工大学教育部光电探测与光电信息传输重点实验室;长春理工大学空间光电技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN253
【相关文献】
1.四倍频移间隔的多波长布里渊/铒光纤激光器 [J], 徐荣辉;周正华;张旭苹
2.几种新型的多波长布里渊/铒光纤激光器 [J], 张书敏;吕福云;樊亚仙;董法杰;王宏杰
3.间隔0.256nm的多波长布里渊光纤激光器的实验研究 [J], 樊冰;葛超群;周雪芳;李曾阳;周豫
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ＴＥ ＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
第 ２ 卷 第 ６期 ９
２０ 年 １ ０６ ２月
适 合 Ｉ Ｕ 标 准 的 形 腔 多 波 长 光 纤 激 光 器 ＊ Ｔ
武 凤 艺 李唐 军 张劲松
（ 京 交 通 大 学 光 波技 术 研 究 所 北京 １ ０ ４ ） 北 ００ ４
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｉ ｅ ｓ ｒ ｉ ｅ ａ ｇ ｇ ａ ｉ ；ａ ｆ ｕ ｅ ｙ ｒ ｓ ｆ ｒｌ ｅ ；ｆｂ ｒＢｒ ｇ ｒ ｔ ｂ ａ ｇ ｎ －ｉ ｒ ｇ
０ 引 言
密 集波 分复 用 （ ＤｗＤＭ） 实 现 光 纤 通信 系统 升 级 扩 是 容最 为经济 和有效 的途 径 ， 目前 基 于密 集 波分 复 用 的 系统 传 输容 量 已经超过 ７Ｔｂｔｓ ｉ 。多 波长 光纤 激光器 由于其 具 ／
０ ０ ｒ。实验表明利用光纤光栅 和普通掺铒光 纤可以研制出满足 Ｉ Ｕ＿ ． １ｎｎ Ｔ Ｔ建议 的 ＷＤ 光纤通信系统波长标 准的多 Ｍ
波长光纤激光 器。 关键 词 ：多 波 长光 纤 激 光 器 ； 纤 Ｂ ａｇ光 栅 ；ｏ 腔 光 ｒｇ 形
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｏ－ｉ ｕ ｅ ４’ ｖ ｌ ｎｇ ｈ ａ ｄ ８ ｖ ｌ ｎｇ ｈ ｐ ｒ ｍ ｎｔ ｌｓ ｕ ｙ ｏ ｆｇ ｒ ＿ ｗａ ｅ ｅ ｔ ｎ － ｗａ ｅ ｅ ｔ
摘
要 ：本文 阐述 了光 纤激光器的组成及工作原理 ； 为获得 适合 Ｉ Ｕ标 准 的多波 长光纤激 光器 ， Ｔ 利用 自制 的 ４ ８反 、
射峰光纤光栅 确定波长 ， 采用 。 形腔结构 ， 获得 了 ４ ８ 长同时激射 的激光输 出， 将 ８波长光 纤激光 器输 出的 ８个 、波 并 单路 波长进 行分 离 。输 出波 长 间 隔满足 Ｉ Ｔ所建 议 的 ＷＤ 光 纤通 信 系统波 长标 准 ， 有调 制 时单波 长线 宽 ＴＵ＿ Ｍ 没
Ａｂｔａ ｔ Ｐ ｉｃｐｅａ ｄ ｍａ ｅ ｐ ｏ ｈ ｉｅ ａ ｅ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ． Ｉ ｒ ｅ ｏ ｇ ｔｍｕｔ ｗａ ｅｅ ｇｈ ｆ ｅ ｓｒ ｃ： ｒｎ ｉｌ ｎ ｋ ｕ ｆｔｅ ｆｂ ｒ ｌｓ ｒ ｉ ｎ ｒｄ ｃｄ ｉ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｅ ｌ— ｖ ｌｎ ｔ ｉ ｒ ｉ ｂ ｌｓ ｒ ｕｔｂｅｆ ｒＩ ａ ｅ ｓｓ ｉ ｌ ｏ ＴＵ ｔｎ ａ ｄ ａ ｓａ ｄ ｒ ，ｗｅｆｂ ｉａｅ －ｉｕ ｅｆ ｅ ｓｒ ｔ ８ｗａ ｅｅ ｇ ｈ ｉ ｌ ｎ ｏ ｓｌｓｎ ｙｍｅ ｎ ａ ｒｃ ｔ ａｆ ｒ ｉ ｒｌ ｅ ｓｗｉ ４、 ｖ ｌｎ ｔ ｓｓ ｄ ｇ ｂ ａ ｈ ｍｕ ｔ ｅ ｕ ｉ ｂ ａ ｓ ａ ａ ｇ
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ｆｂ ｒ ｌ ｓ ｒ ｕ ｔ ｂ ｅ ｆ ｒ Ｉ ｉ ｅ ａ ｅ ｓ ｓ ｉａ ｌ ０ ＴＵ ｔ ｎｄ ｒ Ｓａ ａｄ
Ｗｕ Ｆ ｎ ｙ Ｌ ｎ ｉｎ Ｚ ａ ｇ Ｊ ｓ ｎ ｅ ｇ ｉ ｉ Ｔａ ｇ ｕ ｈ ｎ ｉ ｏ ｇ ｎ
（ｎ ｔ ｕｅｏ ｉｈｗａｅＴｅｈ ｏｏ ｙ ｅ ｉｇＪａｔｎ ｉｅｓ ｙ ｅ ｉｇ１ ０ ４ ） Ｉｓｉ ｔ ｆ ｇ ｔ ｖ ｃｎ ｌｇ ，Ｂ ｉｎ ｉ ｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｔ Ｌ ｊ ｏ ｔ ｊ
基 本结 构如 图 １ 示 。 所
图 １ 光纤激光器 基本 结构
有半导 体激 光器 阵列无 可 比拟 的优 点 ， 目前 已成 为 国 内外 的研究 热点 。
本 文 实验利 用 自制 的 ４ ８反 射 峰光 纤 光栅 确 定 波长 ， 、 采用 ａ 腔结 构 ， 形 获得 了 ４ ８波 长 同时激射 的激光输 出 ， 、 输 出波长 间 隔满足 Ｉ Ｔ所 建议 的 ＷＤＭ 光 纤 通 信 系统 波 ＴＵ＿ 长标 准 。