多波长掺铒光纤激光器
多波长的光纤激光器
多波长的光纤激光器
多波长的光纤激光器是一种可同时输出多种波长的激光器。
这种激光器通常使用多模波导（MMF）或单模波导（SMF）来实现波长转换。
其中一种常见的实现方式是使用电光调制器来控制激光输出的波长。
通过调节电光调制器的输入信号，可以改变光纤中的折射率，并通过电光调制器的交互作用实现波长切换。
另一种实现方式是使用光子晶体光纤（PCF）。
PCF是一个具有调谐孔径的光导纤维，可以通过调节此孔径的大小，控制输出波长的位置和波长范围。
多波长的光纤激光器被广泛应用于生物医学、通信、传感和工业加工等领域。
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
掺铒光纤激光器的设计
掺铒光纤激光器的设计
首先，掺铒光纤激光器的基本原理是通过泵浦光源将能量传输给铒元素，激发铒元素的上能级，然后通过自发辐射和受激辐射实现光放大。
因此，选择合适的泵浦光源是设计的首要考虑因素。
泵浦光源的选择应满足以下要求：1.波长要和铒元素的吸收带宽相匹配；2.具有足够的功率和能量密度以激发铒元素的上能级；3.具有较高的光电转换效率。
常用的泵浦光源包括二极管激光器、固体激光器和光纤激光器等。
接下来，需要设计合适的光纤结构以实现高效的光放大。
一种常用的设计方法是使用双包层结构的光纤。
内包层的折射率通常较低，以实现高掺杂浓度，同时外包层的折射率通常较高，以实现光的波导传输和光纤的保护。
另外，还需要选择合适的铒离子浓度和光纤长度。
高铒离子浓度可以提高光放大效果，但过高的浓度会增加不均匀性和光纤损耗；光纤长度的选择应根据具体应用需求和泵浦光源的光功率进行优化。
除了基本结构的设计，还可以通过增加光栅、光耦合器等辅助元件来改善激光器的性能。
光栅可以实现单纵模输出，提高激光器的光谱纯度和输出功率；光耦合器可以实现光纤和光纤之间的耦合，提高输出功率和光束质量。
最后，还需要进行光纤激光器的光学设计和热力学分析。
光学设计可以优化光纤的折射率分布，实现最大的光放大效果；热力学分析可以评估光纤激光器的散热性能，以避免过高的温度对激光器性能的影响。
综上所述，掺铒光纤激光器的设计需要综合考虑泵浦光源、光纤结构、铒离子浓度、光纤长度等因素。
通过合理的设计和优化，可以实现高效的
光放大和优质的激光输出。
基于无源腔多波长单模布里渊光纤激光器
基于无源腔多波长单模布里渊光纤激光器肖平平;邓满兰;胡红武【摘要】In order to obtain a multiwavelength and single longitudinal mode Brillouin fiber laser , an erbium-doped fiber amplifier was placed outside of an about 10m passive optical cavity .Each order Brillouin laser was fed back to the erbium-doped fiber amplifier to amplify again through the coupler .And then, it was used as pumping laser for the next order Brillouin laser to produce multi-order laser Brillouin laser .After theoretical analysis and experimental verification , the result shows that more than seven orders of Stokes signals are observed in the multi-wavelengthsingle-mode fiber Brillouin laser under the condition of current output power of the erbium-doped fiber amplifier .The study will have very wide range of applications in optical generations of microwave , dense wavelength division multiplexing , optical inertial rotation sensor , ultra high precision spectral analysis and so on .%为了实现一种单模多波长布里渊光纤激光器，采用了将掺铒光纤放大器放置于1个10m左右的无源光纤振荡腔外，各阶布里渊激光通过耦合器可反馈回送到掺铒光纤放大器中再次放大，作为下一阶布里渊激光的抽运光来产生多阶布里渊激光的方法，并进行了理论分析和实验验证。
多倍布里渊频移间隔的多波长掺饵光纤激光器
多倍布里渊频移间隔的多波长掺饵光纤激光器随着信息容量需求的日益增长,高速大容量长距离传输将成为下一代全光通信网络的发展趋势。
为了有效的利用光纤中有限的频率资源,频率间隔为10GHz、20GHz甚至30GHz将是未来密集波分复用技术的重要发展方向。
将光纤中受激布里渊散射的非线性增益与掺饵光纤的线性增益相结合起来,是一种能够产生较大数量多波长的有效途径。
多波长光纤激光器在很多领域有巨大的应用前景,包括密集波分复用光纤通信系统、微波信号的产生、光学仪器测试、光纤传感和光谱测量等。
本文主要研究内容如下:首先,实验研究了波长间隔为双倍和三倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光器,通过改变布里渊泵浦波长实现了多波长激光的调谐。
实验得到了波长间隔为双倍布里渊频移即0.17 nm的8个布里渊多波长激光产生,输出波长在110 nm范围(1528 nm~1638 nm)内可调谐;还得到了波长间隔为三倍布里渊频移即0.26 nm的5个布里渊多波长激光产生,输出波长在60 nm(1535 nm~1595nm)内可调谐。
实验还发现当布里渊泵浦激光波长在激光器自激发振荡波长范围内时,能产生的布里渊波长数达到最大值。
其次,提出和研究了一种可调谐半开腔多波长布里渊随机光纤激光器。
激光器一端利用3dB耦合器构成全反端,另一段利用单模光纤中随机分布的瑞利散射作为反射,组成一个半开腔,当摻铒光纤放大器泵浦功率足够高,可在长单模光纤中产生级联受激布里渊散射,实现多波长输出,实验最多获得了7个斯托克斯信号光波长输出。
改变布里渊泵浦光波长,随机激光在
50nm(1515nm~1565nm)范围内实现了可调谐。
掺铒光纤放大器的工作原理
掺铒光纤放大器的工作原理掺铒光纤放大器是一种将输入信号进行放大的设备，它用掺有少量的铒离子的光纤作为放大介质，在光纤中的铒离子受到激光光子的激发后，会产生放大的荧光信号，在光纤中传播并放大输入信号。
掺铒光纤放大器具有增益大、噪声小、稳定性好等特点，是光通信和光传感领域中广泛使用的重要设备。
掺铒光纤放大器的工作原理主要涉及到掺铒光纤中的铒离子、基于激光器的光源和光纤耦合器等方面。
下面将从这些方面详细介绍掺铒光纤放大器的工作原理。
一、掺铒光纤中的铒离子掺铒光纤的制备过程中，在非常纯净的二氧化硅（SiO2）玻璃内加入了少量的铒离子（Er3+），通常铒离子的摩尔分数在0.1%至1.0%之间。
这些铒离子会在光纤中形成能级结构，以便通过激光器来激发它们。
当铒离子受到一个在适当波长范围内的激励光子时（通常在980至1480纳米之间），它们会吸收这些光子并将它们的原子能级提升到一个更高的激发态能级。
接着，铒离子会从高激发态能级中产生自发辐射荧光，并向下跃迁到一个较低的能级。
这种过程中所产生的荧光光子的波长通常在1500纳米左右，这种波长范围也称为雪崩区域。
二、基于激光器的光源掺铒光纤放大器需要用到激光器作为输入信号的光源，激光器通常是基于半导体技术的光源。
通常情况下，用于掺铒光纤放大器的激光器被称为泵浦光源，这是因为它们的主要作用是激励光纤中的铒离子产生放大荧光信号。
泵浦光源通常采用激光二极管（LD）或光纤激光器（FP）、DFB（调制反馈）激光器等器件，可选择的泵浦光源范围很广，包括735、980、1480等纳米波段。
三、光纤耦合器光纤耦合器是将光源的输出光束耦合到放大器光纤中的设备，它可以使光源的输出尽可能有效地耦合到光纤中，并且降低光纤的损耗。
在掺铒光纤放大器中，光纤耦合器将泵浦光源的输出光束耦合到掺铒光纤中，并激发铒离子进行光放大。
光纤耦合器一般有径向耦合器、光栅耦合器、双光纤耦合器和光纤连接器等类型。
径向耦合器将输入和输出光纤正对光学轴，通过一定的设备使局部光场光强变化，从而实现光束的耦合；光栅耦合器利用光栅的衍射效应，使光束在光栅衍射角处尽可能高的衍射效应，使输出光束尽量向光纤的中心传输，从而实现光束的耦合；双光纤耦合器则是利用两个光纤直接接触的方式来实现耦合。
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。
5.掺铒光纤激光器的工作原理(2)
5.掺铒光纤激光器的工作原理(2)收稿日期：2014-4-29；收到修改稿日期：2014-5-15基金项目：无作者简介：郭冰清（1993-），女，本科生，光电子技术科学2011级。
E-mail:tjuguobingqing@ 导师简介：胡明列（1978-），男，博士后，教授，目前研究方向为超短脉冲激光技术和光子晶体光纤2掺铒光纤激光器的工作原理郭冰清刘昭韩达明张红伟（天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072）摘要光纤激光器由于其特有的优点，近些年受到广泛关注和研究，而掺铒光纤激光器（EDFL）则是几种比较成熟的光纤激光器之一。
本文主要介绍了掺铒光纤激光器的工作原理，包括掺铒光纤激光器铒离子能级结构、泵浦机制和增益谱线，以及五种常见的谐振腔型，并对可调谐掺铒光纤激光器和多波长掺铒光纤激光器的工作原理进行了简单介绍。
之后简述掺铒光纤激光器的特点，比较了掺铒光纤激光器与其他激光器的优势所在，并在此基础上详述了掺铒光纤激光器在光纤通信及光纤传感方面的应用及问题。
最后对掺铒光纤激光器的发展进行了展望。
关键词激光器；工作原理和应用；掺铒光纤激光器；谐振腔中图分类号TN248文献标识码 AThe Working Principle of Doped Fiber LaserGUO Bing-qing, LIU Zhao, HAN Da-ming, ZHANG Hong-wei(College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Tianjin University,Tianjin, 300072,China)Abstract In recent years, the optic fiber lasers are paid much attention and researched, due to its special advantages. And erbium-doped fiber laser is one of the several mature fiber lasers. This paper mainly introduces the working principle of erbium-doped fiber laser, including energy level structure of erbium ion, pumping mechanism, resonant cavity, gain spectrum, and five common resonant cavity. The principle of tunable erbium-doped fiber laser and multi wavelength erbium-doped fiber laser are introduced. After that, the paper introduces the characteristic of erbium-doped fiber laser, and the advantagescomparing with other laser. And on this basis, its application in fiber communication and fiber sensing is elaborated. Finally, the prospects for the future of erbium-doped fiber laser are presented.Key words lasers; working principle and application; erbium-doped fiber lasers; resonatorOCIS codes 140.3500; 140.3510; 140.34301引言掺稀土元素光纤激光器是利用在光纤中掺杂稀土元素引起的增益机制，通过引入反馈，实现激光振荡的。
掺铒光纤放大器、激光器讲义
实验 I 掺铒光纤放大器原理及光谱特性测量实验
实验内容
1. 980nm 泵浦激光器的光谱测量； 2. DFB 信号激光器的光谱和输出功率测量； 3. 掺铒光纤放大器（EDFA）组装； 4. EDFA 的自发辐射光谱（噪声谱，ASE）测量； 5. DFB 激光器信号光的放大，EDFA 的增益测量和计算； （信噪比，泵浦光的利用率，增益饱和效应等）
实验仪器
1.980nm 泵浦激光器（LD） 2.掺铒光纤（EDF） 3.波分复用器件（WDM）
4.耦合器 （Coupler） 5. 单色仪 （Monochromator） 6.光功率计 （Optical Power Meter） 7.计算机数据采集系统（DAQ）
实验原理
一、半导体激光器（LD）原理概述
2n m
m=1,2…
需要指出的是，这种反射不是由某个反射面提供，而是由周期性波纹结构提供了相
反行进的两种光波模式的相互耦合，耦合的程度由周期性调制的射器型 LD 的结构示意图
图 2 中的下图是 Bragg 反射器型的半导体激光器的示意图，它与 DFB 型激光器的 区别是它的周期性折射率调制结构不是做在有源层上表面， 而是在有源层波导两外测的 无源波导上，这样的结构不仅具有激光振荡波长稳定，线宽窄，还可以避免使用复杂的 二次外延生长工艺，并且由于 Bragg 光栅做在无源波导上，不会引起有源层原子晶格的 破坏，降低量子效率。 当介质实现了粒子数反转(即介质具备了增益)， 光波在来回反射中得到不断的加强 和增长，当增益满足阈值条件以后(即增益大于所有损耗)，就会产生激光。这种光栅式 的结构实际上起到了一个选频谐振腔的作用，它所发射的激光的波长，完全由光栅的周 期 决定。所以，可以通过改变光栅的周期来调整发射波长，并获得极窄的线宽（单纵 模振荡） 。这一点，F-P 型 LD 是不可能做到的，F-P 型 LD 的发射波长只能位于自发辐 射的中心频率附近。 由此可见 DFB LD 和 F-P 型 LD 相比， 其发射频率的选择范围很宽， 可以在自发发射频率范围内自由地选择发射波长。 目前 DFB LD 已成为中长距离光纤通信应用的主要激光器，特别是在 1.3 m 和 1.55 m 光纤通信系统中。在光纤有线电视(CATV)传输系统中，DFB LD 已成为不可替 代的光源。 实验中使用的 980nm 泵浦光源是一种 F-P 腔结构的半导体激光器，其最大激光输出 功率为 120mW。作为信号光源的是一种 1550nm 波段的 DFB 半导体激光器，最大激光 输出功率为 2mW。
多波长掺镱光纤激光器实验研究
１６ｎ 附近稳定的多波长振 荡。实验结果表 明，在 室温下 ，掺镱光纤存在 比较 明显的非均 匀 宽效应 ，从 而使 ００ｍ 加
得激光器的振 荡波长数随泵浦功率的增加 而增加 。
关键词：掺镱 光纤激光 器；多波长振 荡；梳状 滤波 器；保偏光纤
中图分类号：Ｔ ２ ３ Ｎ ４ Ｎ ５ ；Ｔ ２ ８ 文献标志码：Ａ
Ｌ ｏ ｒ ｒ （Ｌ ｓ ａｅ ｓｄｆｒ ｎ ｒｏｓ ｎ ｍｂｆｔ ｒ ｄｂ ｐｅｅ ｆ ｏａｉ ｔ ｎＭａ ｔｎＦｂｒＰ ） ｏｐｍｉｏｓ Ｆ Ｐ ） ｒ ｕｅ ｄ ｒｒ ａｄａ ｏ －ｌ ｒｓ ｏｍｅ ｙａ ｉ Ｐ ｌ ｚ ｉ ｉ ａ ｉｅ （ＭＦ ｒ ｏ ｅ ｍｉ ｃ ｉ ｅ ｉｆ ｃｏ ｒａｏ ｎｉ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引 言
多波长激 光器在 光通 信 、光传感 、光谱 分析 以及 光学 分析测 试 中都具 有重要 的应 用 ，因此 ，受 光通信
应用需求的影响，近年来人们对工作于通信波段１５ｎ ５０ｍ附近的多波长掺铒光纤激光器进行了大量的研究 ， 也取得 了重要进展Ｌ Ｊ ｌ 。相比之下，对掺镱光纤激光器（ Ｄ Ｌ的多波长振荡特性的研究开展得较少 ，然而 ， Ｙ Ｆ） 由于掺镱光纤的增益带很宽且涵盖 １６ｎ ００ｍ等重要波段，这些波段的激光在空间光通信等方面具有很多应 用 ，因此，本文对掺镱光纤激光器的多波长振荡特性进行实验研究 ， 研究的主要 目的之一是在室温下实现
（ ． ｐ ｒ ｅｔｆ ｌ ｔｃ ｎ ｉｅｒ ｇＡ ｈ ｉ ｎｖｒｉ Ｓｉｎｅ ｎ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｈｕ ｉ ｎ ３ ０ Ｃ ｉａ １Ｄｅａｔ ｎ Ｅｅ ｒ ｇｎ ｅｉ ， ｎ ｕ ｉｅｓｙｏ ｃ ｃ ｄＴ ｈ ｏｏ ， ａｎ ２ ０ ， ｈｎ ； ｍ ｏ ｃ ｉＥ ｎ Ｕ ｔ ｆ ｅ ａ ｅ ｇ ａ２ １ ２Ａ ｈ ｉｎｔｕｅｏ ｐｉ ａ ｄ ｉｅ ｃａ ｉ ，ｈ ｈｎｓ Ａ ａ ｅ ｙｏ Ｓ ｉ ｃｓＨｅｅ２ ０ ３ ， ｈｎ ． ｎ ｕ Ｉｓｉ ｔ ｆＯ ｔｓ ｎ Ｆ ｎ Ｍｅｈ ｎｃ ｔｅＣ ｉｅｅ ｃｄ ｍ ｆ ｃ ｎ ｅ， ｆ ｉ ３０ ｌＣ ｉ ｔ ｃ ｓ ｅ ａ）
北京交通大学通信与信息系统导师介绍：冯素春-新祥旭考研辅导
►个人简介姓名：冯素春性别：男出生年月：1982年4月职称：副教授►学习及工作经历2013.03- 硕士生导师2013.11- 北京交通大学电信学院光波技术研究所副教授2010.07-2013.10 北京交通大学电信学院光波技术研究所讲师2005.09-2010.07 北京交通大学电信学院光波技术研究所通信与信息系统专业获工学博士学位导师：简水生教授（中国科学院院士）2001.09-2005.07 北京交通大学电子信息工程学院通信工程专业获工学学士学位Optics Express, IEEE Photonics Technology Letters, Optical Engineering, Optics Communication等刊物的审稿人Optics Express, IEEE Photonics Technology Letters, IEEE Photonics Journal, Optical Engineering, Optics Communication, Chinese Optics Letters等刊物的审稿人。
国家自然科学基金通讯评议人。
►联系方式办公电话：51684015电子邮箱：schfeng@办公地点：光波楼310►主讲本科生课程《光通信技术基础》、《光纤通信研究性专题》。
►研究方向光纤通信，光纤传感，光纤器件，多波长单纵模单偏振窄线宽光纤激光器，多波长梳状波光源，微波光子学►科研项目►正在主持国家自然科学基金青年基金1项，北京交通大学基本科研业务费1项。
►主持完成北京交通大学基本科研业务费1项，北京交通大学人才基金1项。
►参加国家973子项目1项，北京市科学研究与研究生培养共建项目1项，国家自然科学基金面上项目1项，国家自然科学基金青年基金项目1项。
►学术著作近年来，第一作者在国内外重要期刊及学术会议上发表科技论文20篇，其中SCI检索10篇，EI检索10篇，合作发表科技论文40余篇。
掺铒光纤激光器(EDFL)的原理与应用简介
掺铒光纤激光器（ＥＤＦＬ）的原理与应用简介 光信０３０４班 杨鹤猛 指导教师 王英 摘要： 本文从增益介质，谐振腔结构和泵浦源三个构成激光器的必要条件出发，重点介绍了掺铒光纤激光器—ＥＤＦＬ的原理，接着简要介绍了光纤激光器的特点及分类，最后结合掺铒光纤激光器的特点阐明其应用并做了总结。
关键字：光通信 光纤激光器 掺铒光纤激光器 环形腔 １．引言 掺铒光纤激光器简称ＥＤＦＬ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ），光纤激光器的一种，是在掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）技术基础上发展起来的。
早在１９６１年，美国光学公司的Ｅ．Ｓｎｉｔｚｅｒ等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，但由于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。
而８０年代英国Ｓｏｕｔｈｈａｍｐｔｏｎ大学的Ｓ．Ｂ．Ｐｏｏｌｅ等用ＭＣＶＤ法制成了低损耗的掺铒光纤，从而为光纤激光器带来了新的前景。
近期，随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。
其中，以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。
目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。
ＥＤＦＬ利用光纤成栅技术把掺铒光纤相隔一定长度的两处写入光栅，两光栅之间相当于谐振腔，用９８０ｎｍ或１４８０ｎｍ泵浦激光激发，铒离子就会产生增益放大。
由于光栅的选频作用，谐振腔只能反馈某一特定波长的光，输出单频激光，再经过光隔离器即能输出线宽窄、功率高和噪声低的激光。
２．ＥＤＦＬ的工作原理 （１） ＥＤＦＬ的增益介质—ＥＤＦ ＥＤＦ作为ＥＤＦＬ的增益介质，其基本原理是在光纤的纤芯中能产生激光的稀有元素（如铒、钕、镨等），通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。
利用掺铒光纤的非线性效应，把泵浦光输入到掺铒光纤中，使光线中的铒原子的电子能级升高。
光纤通信中常用英文简写
光纤通信中常用英文简写光纤通信中常用英文缩写Acronymsac alternating current 交变电流交流AM amplitude modulation 幅度调制AON all-optical network 全光网络APD avalanche photodiode 雪崩二极管ASE amplified spontaneous emission 放大自发辐射ASK amplitude shift keying 幅移键控ATM asynchronous transfer mode 异步转移模式BER bit error rate 误码率BH buried heterostructure 掩埋异质结BPF band pass filter 带通滤波器C3 cleaved-coupled cavity 解理耦合腔CATV common antenna cable television 有线电视CDM code division multiplexing 码分复用CNR carrier to noise ratio 载噪比CSO Composite second order 复合二阶CPFSK continuous-phase frequency-shift keying 连续相位频移键控CVD chemical vapour deposition 化学汽相沉积CW continuous wave 连续波DBR distributed Bragg reflector 分布布拉格反射DFB distributed feedback 分布反馈dc direct current 直流DCF dispersion compensating fiber 色散补偿光纤DSF dispersion shift fiber 色散位移光纤DIP dual in line package 双列直插DPSK differential phase-shift keying 差分相移键控EDFA erbium doped fiber amplifier 掺铒光纤激光器FDDI fiber distributed data interface 光纤数据分配接口FDM frequency division multiplexing 频分复用FET field effect transistor 场效应管FM frequency modulation 频率调制FP Fabry Perot 法布里里-珀落FSK frequency-shift keying 频移键控FWHM full width at half maximum 半高全宽FWM four-wave mixing 四波混频GVD group-velocity dispersion 群速度色散HBT heterojunction-bipolar transistor 异质结双极晶体管HDTV high definition television 高清晰度电视HFC hybrid fiber-coaxial 混合光纤纤/电缆IC integrated circuit 集成电路IMD intermodulation distortion 交互调制失真IM/DD intensity modulation with direct detection 强度调制直接探测ISDN integrated services digital network 综合业务数字网ISI intersymbol interference 码间干扰LAN local-area network 局域网LED light emitting diode 发光二极管L-I light current 光电关系LPE liquid phase epitaxy 液相外延MAN metropolitan-area network 城域网MBE molecular beam epitaxy 分子束外延MOCVD metal-organic chemical vapor deposition金属有机物化学汽相沉积MCVD Modified chemical vapor deposition改进的化学汽相沉积MONET Multiwavelength optical network 多波长光网络MPEG motion-picture entertainment group 视频动画专家小组MPN mode-partition noise 模式分配噪声MQW multiquantum well 多量子阱MSK minimum-shift keying 最小频偏键控MSR mode-suppression ratio 模式分配噪声MZ mach-Zehnder 马赫泽德NA numerical aperture 数值孔径NF noise figure 噪声指数NEP noise-equivalent power 等效噪声功率NRZ non-return to zero 非归零NSE nonlinear Schrodinger equation 非线性薛定额方程OC optical carrier 光载波OEIC opto-electronic integrated circuit 光电集成电路OOK on-off keying 开关键控OPC optical phase conjugation 光相位共轭OTDM optical time-division multiplexing 光时分复用OVD outside-vapor deposition 轴外汽相沉积OXC optical cross-connect 光交叉连接PCM pulse-code modulation 脉冲编码调制PDF probability density function 概率密度函数PDM polarization-division multiplexing 偏振复用PON passive optical network 无源接入网PSK phase-shift keying 相移键控RIN relative intensity noise 相对强度噪声RMS root-mean-square 均方根RZ return-to-zero 归零RA raman amplifier 喇曼放大器SAGCM separate absorption, grading, charge, and multiplication 吸收渐变电荷倍增区分离APD 的一种SAGM separate absorption and multiplication吸收渐变倍增区分离APD 的一种SAM separate absorption and multiplication吸收倍增区分离APD 的一种SBS stimulated Brillouin scattering 受激布里渊散射SCM subcarrier multiplexing 副载波复用SDH synchronous digital hierarchy 同步数字体系SLA/SOA semiconductor laser/optical amplifier 半导体光放大器SLM single longitudinal mode 单纵模SNR signal-to-noise ratio 信噪比SONET synchronized optical network 同步光网络SPM self-phase modulation 自相位调制SRS stimulated Raman scattering 受激喇曼散射STM synchronous transport module 同步转移模块STS synchronous transport signal 同步转移信号TCP/IP transmission control protocol/internet protocol传输控制协议议/互联网协议TDM time-division multiplexing 时分复用TE transverse electric 横电模TM transverse magnetic 横磁TW traveling wave 行波VAD vapor-axial epitaxy 轴向汽相沉积VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser垂直腔表面发射激光器VPE vapor-phase epitaxy 汽相沉积VSB vestigial sideband 残留边带WAN wide-area network 广域网WDMA wavelength-division multiple access 波分复用接入系统WGA waveguide-grating router 波导光栅路由器XPM cross-phase modulation 交叉相位调制YIG yttrium iron garnet 钇铁石榴石晶体DWDM dense wavelength division multiplexing/multiplexer密集波分复用用/器FBG fiber-bragg grating 光纤布拉格光栅AWG arrayed-waveguide grating 阵列波导光栅LD laser diode 激光二极管AOTF acousto optic tunable filter 声光调制器AR coatings antireflection coatings 抗反膜SIOF step index optical fiber 阶跃折射率分布GIOF graded index optical fiber 渐变折射率分布光纤通信技术课程常用词汇Cross-talk 串音Passive component 无源器件Active component 有源器件Soliton 孤子Jitter 抖动Heterodyne 外差Homodyne 零差Transmitter 发射机Receiver 接收机Transceiver module 收发模块Birefringence 双折射Chirp 啁啾Binary 二进制Chromatic dispersion 色度色散Cladding 包层Jacket 涂层Core cladding interface 纤芯包层界面Gain-guided semiconductor laser 增益波导半导体激光器Index-guide semiconductor laser 折射率波导半导体激光器Damping constant 阻尼常数Threshold 阈值Power penalty 功率代价Dispersion 色散Attenuation 衰减Nonlinear optical effect 非线性效应Polarization 偏振Double heterojunction 双异质结Electron-hole recombination 电子空穴复合Linewidth 线宽Preamplifer 前置放大器Inline amplifier 在线放大器Power amplifier 功率放大器Extinction ratio 消光比Eye diagram 眼图Fermi level 费米能级Multimode fiber 多模光纤Higher-order dispersion 高阶色散Dispersion slope 色散斜率Block diagram 原理图Quantum limited 量子极限Intermode dispersion 模间色散Intramode dispersion 模内色散Filter 滤波器Directional coupler 定向耦合器Isolator 隔离器Circulator 环形器Detector 探测器Laser 激光器Polarization controller 偏振控制器Attenuator 衰减器Modulator 调制器Optical switch 光开关Lowpass filter 低通滤波器Highpass filter 高通滤波器Bandpass filter 带通滤波器Longitudinal mode 纵模Transverse mode 横模Lateral mode 侧模Sensitivity 灵敏度Linewidth enhancement factor 线宽增强因子Packet switch 分组交换Quantum efficiency 量子效率White noise 白噪声Responsibility 响应度Waveguide dispersion 波导色散Stripe geometry semiconductor laser 条形激光器Ridge waveguide 脊波导Zero-dispersion wavelength 零色散波长Free spectral range 自由光谱范围Surface emitting LED 表面发射LEDEdge emitting LED 边发射LEDEthernet 以太网Shot noise 散粒噪声Thermal noise 热噪声Quantum limit 量子极限Sensitivity degradation 灵敏度劣化Intensity noise 强度噪声Timing jitter 时间抖动Front end 前端Packaging 封装Maxwell’s equations 麦克斯韦方程组Material dispersion 材料色散Rayleigh scattering 瑞利散射Nonradiative recombination 非辐射复合Driving circuit 驱动电路ADM Add Drop Multiplexer 分插复用器:AON Active Optical Network 有源光网络:APON ATM Passive Optical Network ATM无源光网络: ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 非对称数字用户线: AA Adaptive Antenna 自适应天线:ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation 自适应脉冲编码调制: ADFE Automatic Decree Feedback Equalizer自适应判决反馈均衡器:AMI Alternate Mark Inversion 信号交替反转码:AON All Optical Net 全光网AOWC All Optical Wave Converter 全光波长转换器:ASK Amplitude Shift Keying 振幅键控:ATPC Automatic Transfer Power Control自动发信功率控制:AWF All Wave Fiber 全波光纤:AU Administrative Unit 管理单元:AUG Administrative Unit Group 管理单元组:APD Avalanche Diode 雪崩光电二极管:BA Booster(power) Amplifier 光功率放大器:BBER Background Block Error Ratio 背景误块比:BR Basic Rate Access 基本速率接入:Bluetooth 蓝牙:C Band C波带:Chirp 啁啾:C Container C 容器:CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 载波侦听多址接入/碰撞检测协议:CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance 载波侦听多址接入/避免冲撞协议:CNR Carrier to Noise Ratio 载噪比:CP Cross polarization 交叉极化:DCF Dispersion Compensating Fiber色散补偿单模光纤DFF Dispersion-flattened Fiber色散平坦光纤:DR Diversity Receiver 分集接收DPT Dynamic Packet Transport动态包传输技术:ODM Optical Division ltiplexer 光分用器:DSF Dispersion-Shifted Fiber 色散移位光纤:DTM Dynamic Synchronous Transfer Mode 动态同步传送模式: DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing 密集波分复用: DLC Digital loop carrier 数字环路载波:DXC Digital cross connect equipment 数字交叉连接器:EA Electricity Absorb Modulation电吸收调制器:EB Error Block 误块:ECC Embedded Control Channel 嵌入控制通路:EDFA Erbium-doped Fiber Amplifier 掺铒光纤放大器EDFL Erbium-doped Fiber Laser掺铒光纤激光器:ES Errored Second 误块秒:ESR Errored Second Ratio 误块秒比:FEC Forward Error Correction 前向纠错:FWM Four-wave Mixing 四波混频:FDMA Frequency Division Multiple Access 频分多址: FTTB Fiber to the Building 光纤到大楼:FTTC Fiber to the Curb 光纤到路边FTTH Fiber to the Home 光纤到户:FA Frequency agility 频率捷变:CSMF Common Single Mode Fiber 单模光纤:DSF Dispersion-Shifted Fiber 色散位移光纤:GE Gigabit Ethernet 千兆以太网技术:GIF Graded Index Fiber 渐变型多模光纤:GS-EDFA Gain Shifted Erbium-doped Fiber Amplifier增益平移掺饵光纤放大器: GVD Group Velocity Dispersion 群速度色散:HPF High Pass Filter 高通滤波器:HRDS Hypothetical Reference Digital Section 假设参考数字段:IDLC Integrated DLC 综合数字环路载波:IDEN Integrated Digital Enhanced Networks 数字集群调度专网:IEEE 802.3: CSMA/CD局域网，即以太网标准。
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如图为短脉冲高功率1.5微米光纤激光器
平均功率能达到1W，可调节的脉冲宽度达到ns
可调节的重复频率达到MHz
可以应用于激光雷达/雷达、遥感、测距
什么是光纤激光器
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。
光纤激光器的特点
光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，可方便地与目前的光纤通信系统高效连接，构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高增益、输出光束质量好和线宽窄等特点；
由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小、易于系统集成、性能价格比高；
与固体、气体激光器相比：能量转换效率高、结构紧凑、可靠性高、适合批量生产；与半导体激光器相比：单色性好，调制时产生的啁啾和畸变小，与光纤耦合损耗小。
光纤激光器的分类
按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔等。
按激光输出波长数目分类为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。
按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器
按光纤材料分为晶体光纤激光器、非线性光学型光纤激光器、稀土类（如铒）掺杂光纤激光器、塑料光纤激光器等
随着高容量光纤通信网的发展，波分复用技术得以广泛的采用，它要求多波长光源
具有波长间隔小、线宽窄、功率谱平坦等特点。
因此满足波分复用技术要求的多波长光
纤激光器成为研究的重点
多波长光纤激光器基本结构
1、增益介质
就增益介质而言，多波长光纤激光器通常采用光纤放大器(如掺稀土光纤放大器和拉曼光纤放大器作为增益介质，这将使得其具有结构紧凑、灵活方便等优点。
值得注意的是，多个波长同时共用同一增益介质将导致较强的模式竞争，要获得多波长同时稳定振荡，这是首先必须考虑的问题。
然而，大多掺稀土光纤放大器为均匀展宽的增益介质，对实现稳定的多波长运转是非常不利的，必须采用一些辅助手段来抑制或削弱它们的均匀展宽特性。
（EDFA）多波长掺铒光纤激光器常采用液氮制冷光纤至77k、声光频移位调制和非线性光学效应等辅助技术来抑制掺饵光纤的均匀展宽。
2、谐振腔
在多波长光纤激光器中，谐振腔起到至关重要的作用—完成多波长选模。
在大多实际情况下，多波长激光器要求相等波长间隔(ITU叮标准通信间隔200GHz、100GHz、50GHz 和25GHz)激射。
为实现这一目的，通常需要借助梳状滤波器才能满足要求
目前，常用于多波长激光器的梳状滤波器有如下几种:法布里一拍罗标准具，马赫一泽德干涉仪，特殊的光纤光栅及保偏光纤sagnac环滤波器。
3、泵浦源
泵浦激光器使用光源的主要目的是将电能有效地转换成辐射能，并在给定的光谱带上产生高的辐射通量。
最有效的激光泵浦灯将使激光材料在激发荧光的波长上产生最大的发射，而在有效吸收带之外的所有光谱范围内产生最小的发射。
所以一旦选定了激光增益介质，其泵浦源一般也基本确定。
如果选用掺饵光纤作为增益介质，泵浦源一般选用980nln或1480nm的激光源
如果选用半导体光放大器作为增益介质，大多采用电泵浦方式完成
如果选用拉曼光纤放大器作为增益介质，根据所采用拉曼光纤的拉曼频移量大小及目标激射波长，其拉曼泵浦波长也是基本确定的。
（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。
如图3.1所示，三能级系统的三个能级分别为基态能级E1，
亚稳态能级E2，高能级E3。
三能级的运转方式如下，首
先粒子被泵浦从基态能级E1抽运到高能级E3，之后粒
子通过无辐射跃迁的方式从高能级E3快速的转移到亚稳
态能级E2上。
由于粒子在
亚稳态能级E2上的寿命较长，因
此粒子将会在能级E2上大量的积
累，也就导致了
亚稳态能级E2和高能级E3之间的
粒子数反转。
最后粒子会以受激辐
射的形式跃迁
到基态E1并产生光子，然后经过
谐振腔振荡从而产生激光最后输
出。
（2）环形腔掺饵光纤激光器的结
构设计
环形腔是光纤激光器中常用的一种
谐振腔。
由于环形腔可以有效的避
免空间
烧孔效应，所以在激光器的设计中经常被用到。
如图给出了一个简单的环形腔
光纤激光器的示意图。
WDM耦合器将泵浦光藕合进入环形腔，掺饵光纤作为增益介质提供增益，隔离器保证激光的单向运转，偏振控制器用来调节腔内的偏振
态。
（3）均匀展宽与非均匀展宽
相比单波长的掺饵光纤激光器，多波长掺饵光纤激光器的发展相对缓慢，主要是因为掺饵光纤的均匀展宽导致了不能实现多波长的激射。
一般来说光谱展宽的类型分为均匀展宽和非均匀展宽两种。
非均匀展宽：在非均匀展宽的情况下，由于不同运动速度的粒子对谱线展宽范围内的各个频率的贡献均不相同，只有特定的粒子才能在某个频率处受激辐射，其它的粒子不会与之相互作用。
与均匀展宽相比，非均匀展宽的最大区别就是各个粒子在受激辐射时只对
特定的频率有贡献，表现为相对的
独立性。
均匀展宽：由于原子自发
辐射产生的谱线并不是单一频率
的，而是会占据一定的频谱宽度，
如果这种频谱展宽是由于受激态的
有限寿命引起的，则称之为均匀展
宽。
均匀展宽是由增益介质中的各粒子对于某一确定的能级跃迁具有相同的光谱线展宽造成
的。
均匀展宽的最大特点就是各个粒
子在每个频率强度上都有相同的贡
献，而且这些贡献的几率分布也是相
同的。
（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:
由增益系数公式我们可以得到双波长激光腔内的速率方程为:
其中a1和a2分别为两波长的腔内损耗，根据常微分方程组的特性我们可以知道，以上方程组要有稳定解，即是激光腔内两个模式能够稳定振荡必须足以下条件:
又称为弱光束藕合条件，即当激光腔内的交义增益饱和小于自增益饱和时，激光腔内才有可能形成稳定的双波长振荡。
交叉增益饱和系数反映了一个模式的光在激活介质中消耗的反转粒子数对另一个模式的光的增益的影响。
自增益饱和系数即为该模式对自身增益的影响
（5）抑制多波长掺饵光纤激光器的模式竞争
要获得稳定的激光谐振，必须使增益交叉饱和小于自我饱和。
而在均匀展宽的增益介质中，增益交叉饱和与自我饱和相等，导致了模式竞争。
因此，获得稳定的多波长激光振荡的条件是产生弱光耦合。
许多简洁且适用的技术已被陆续地提出用来抑制多波长掺饵光纤激光器的模式竞争，常见的有:1)通过特殊设计掺饵光纤(如双芯掺饵光纤、多模掺饵光纤)并利用它们的空间烧孔效
应来削弱其非均匀展宽;2)通过在激光腔内引入一些非线性光学效应(如四波混频、非线性偏振旋转、布里渊散射、非线性腔损耗等)来抑制掺饵光纤的均匀展宽。
（6）多波长掺铒光纤激光器发展趋势
从以上所讨论的各种技术的多波长 E D F L可以看出，对多波长 E D F L 的研究旨在减少或消除因 E D F的均匀展宽而造成的模式竞争和输出不稳定。
目前已经报道的多波长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。
另外，由于增益介质和激光腔的设计仍是制作高性能、低成本多波长光纤激光器的关键，如何改善目前多波长 E D F L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，是以后多波长 E D F L 研究发展的趋势
模式竞争
如果有多个模式的谐振频率落在均匀加宽工作物质的增益曲线振荡线宽范围内,由于各模式尽管频率不同，但使用的都是相同的反转粒子数密度，因此它们之间的竞争是很激烈的。
波分复用技术
波分复用（WDM）是指在同一根光纤中同时传送几个不同波长的光信号，进行光波长
划分复用通信,也叫光频分制。