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通信系统中光纤激光器及光纤放大器的研究

作　者: 赵春柳
导　师: 董孝义
学　校: 南开大学
专　业: 光学
关键词: 光纤激光器短脉冲锁模波长可调谐 L波段多波长激光器光纤光栅外腔半导体激光器增益开关掺铒光纤放大器(EDFA) 增益控制空间烧孔(SHB) 弛豫振荡
分类号: TN722
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

光纤通信迅猛发展,一方面,点到点传输系统迅速提高,波分复用(WDM)系统向着超大容量超长距离发展;另一方面WDM不断的与其它扩容技术(OTDM,OCDMA)结合,向光传送联网方向发展。为了满足光通信系统的发展要求,光源技术、光放大技术、网络节点技术及光纤传输技术等飞速发展,各种新型光器件不断涌现。结合当前光通信系统的发展方向及研究热点,论文的研究内容主要包括:1.主动锁模光纤环形腔激光器的研究从理论分析、数值模拟和实验等方面,详细地研究了主动锁模光纤环形腔激光器。首先阐述了主动锁模激光器的基本原理。结合实验条件,忽略非线性效应,数值模拟了主动锁模光纤环形腔激光器的输出脉冲特性。腔内剩余色散、光滤波器带宽和腔内损耗的参数对输出脉冲的脉宽和啁啾有很大影响。在国内首次采用光纤Bragg光栅作为波长选择元件来代替传统滤波器,实现波长可调谐主动锁模光纤激光器。光纤光栅代替宽带可调谐滤波器不仅可大大减小腔内的损耗,而且可降低整个锁模光纤激光器的制作成本。由于光纤光栅精确的波长选择特性,激光输出具有良好的波长稳定性。在国内首次利用啁啾光纤光栅引入的大色散,通过调谐调制频率,实现波长可调谐主动锁模光纤激光器。与使用DCF相比,大大缩短了腔长,有效减小环境的影响,使激光器更加稳定。首次利用有理数谐波锁模技术,用两只光纤光栅作波长选择器件,得到不同频率双波长主动锁模光纤激光器。在同一个环形腔内,一个波长工作在谐波锁模状态,另一个波长工作在有理数谐波锁模状态,因此一个波长的光脉冲信号的重复频率可以是另一个波长信号的2或3倍。在国内首次详细研究了用半导体LD作调制器的主动锁模光纤激光器。充分利用F-P LD的特性,集调制和滤波特性于一体,大大减小环形腔内的损耗,使得在较低的增益下仍可得到稳定的锁模脉冲。首次利用F-P LD的多模特性,通过调整环形腔内的偏振控制器,实现激光

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-14
第一章绪论  14-29
  1.1 高速大容量光纤通信系统的发展概况  14-18
    1.1.1 向超大容量超常距离 WDM 系统发展  14-16
    1.1.2 WDM 和 OTDM 的结合  16
    1.1.3 实现光传送网  16-17
    1.1.4 城域网 WDM 技术的发展  17-18
  1.2 光通信系统中的关键技术  18-26
    1.2.1 光源技术  18-19
    1.2.2 光放大技术  19-22
    1.2.3 复用/解复用技术  22
    1.2.4 全光时钟提取技术  22-23
    1.2.5 网络节点技术  23-24
    1.2.6 光纤传输技术  24-25
    1.2.7 色散管理与补偿技术  25-26
  1.3 本文研究的主要内容  26-29
第二章主动锁模光纤激光器  29-73
  2.1 锁模光纤激光器概述  29-36
    2.1.1 锁模光纤激光器的分类  29-33
    2.1.2 主动锁模光纤激光器中的研究进展  33-35
    2.1.3 锁模光纤激光器在光通信系统中的应用  35-36
  2.2 锁模激光器的工作原理  36-39
  2.3 主动锁模光纤环形腔激光器的理论模型  39-43
  2.4 主动锁模光纤环形腔激光器的理论模拟结果及特性分析  43-49
    2.4.1 锁模光纤激光器输出脉冲的脉宽及啁啾随腔内色散参数变化  43-46
    2.4.2 主动锁模环形腔激光器输出脉冲宽度及啁啾与腔内损耗的关系  46-48
    2.4.3 主动锁模环形腔激光器输出脉冲宽度及啁啾与光滤波器带宽的关系  48-49
  2.5 光纤光栅实现主动锁模掺铒光纤激光器的波长调谐  49-53
    2.5.1 光纤光栅实现波长调谐的原理  49-50
    2.5.2 实验与结果  50-53
    2.5.3 分析与结论  53
  2.6 利用啁啾光纤光栅色散特性实现波长调谐的主动锁模掺铒光纤激光器  53-57
    2.6.1 波长调谐原理  54
    2.6.2 实验装置  54-55
    2.6.3 实验结果与分析  55-57
  2.7 有理数谐波锁模的研究  57-61
    2.7.1 有理数谐波锁模原理  57-59
    2.7.2 实验及结果  59-60
    2.7.3 实验分析与结论  60-61
  2.8 不同频率脉冲信号的双波长主动锁模光纤激光器  61-65
    2.8.1 实验装置及工作原理  62-63
    2.8.2 实验结果与讨论  63-65
  2.9 用半导体 LD 作调制器的主动锁模光纤激光器  65-71
    2.9.1 实验装置  65-66
    2.9.2 LD 作调制器的主动锁模光纤激光器的波长调谐原理及实验  66-70
    2.9.3 LD 作调制器的有理数谐波锁模实验  70-71
  2.10 本章小结  71-73
第三章光纤光栅外腔反馈半导体激光器  73-88
  3.1 光纤光栅外腔反馈半导体激光器静态特性的实验研究  74-80
    3.1.1 一般性分析  74-76
    3.1.2 实验及讨论  76-80
  3.2 光纤光栅外腔反馈半导体短脉冲激光器的实验研究  80-87
    3.2.1 理论分析  80-84
    3.2.2 光纤光栅外腔反馈半导体短脉冲激光器的实验研究  84-87
  3.3 本章小结  87-88
第四章 L波段多波长光纤激光器  88-105
  4.1 光纤激光器输出特性理论  88-93
    4.1.1 环形腔光纤激光器输出特性  89-91
    4.1.2 线型腔光纤激光器输出特性  91-93
  4.2 多波长掺铒光纤激光器概述  93-95
  4.3 L 波段多波长环形腔光纤激光器  95-99
    4.3.1 试验装置  96-97
    4.3.2 试验结果及讨论  97-99
  4.4 L 波段多波长线性腔光纤激光器  99-103
    4.4.1 实验装置  99-100
    4.4.2 光纤环镜反射器的工作原理  100-101
    4.4.3 试验结果及讨论  101-103
  4.5 本章小节  103-105
第五章光自动增益控制掺铒光纤放大器的理论研究  105-122
  5.1 掺铒光纤放大器概述  105-110
    5.1.1 EDFA 基本组成及工作原理  105-106
    5.1.2 评价掺铒光纤放大器的基本特性参数  106-108
    5.1.3 EDFA 增益控制的必要性  108
    5.1.4 掺铒光纤放大器增益控制的各种技术方法  108-110
  5.2 稳态工作条件下掺铒光纤放大器理论模型和分析  110-112
  5.3 瞬态工作条件下掺铒光纤放大器理论模型和分析  112-121
    5.3.1 方波信号在EDFA 输出端的动态增益特性  113-114
    5.3.2 上下载复用情况下放大器的动态增益响应特性  114-117
    5.3.3 上下载复用情况下光增益控制放大器的动态增益响应特性  117-121
  5.4 本章小节  121-122
第六章双波长增益控制掺铒光纤放大器的实验研究  122-139
  6.1 单反馈腔双波长增益控制 EDFA  122-129
    6.1.1 试验装置  122-124
    6.1.2 双波长激光增益控制的 EDFA 工作特性  124-127
    6.1.3 单波长与双波长激光增益控制 EDFA 特性比较  127-129
  6.2 利用光纤光栅对实现双波长增益控制 EDFA  129-133
    6.2.1 结构装置  130-131
    6.2.2 利用光纤光栅对实现双波长增益控制 EDFA 的工作特性  131-132
    6.2.3 单波长与双波长激光增益控制 EDFA 特性比较  132-133
  6.3 双波长激光增益控制 EDFA 频率响应特性的研究  133-135
  6.4 不同控制激光波长对双波长增益控制 EDFA 特性的影响  135-137
    6.4.1 试验装置  135
    6.4.2 试验结果  135-137
  6.5 本章小节  137-139
总结与展望  139-142
攻读博士学位期间发表的论文及成果  142-147
参考文献  147-160
致谢  160

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