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1、2/12/20232/12/2023 HUST 2012第六章光纤无源及有源器件2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012上节课内容回顾：掺铒光纤放大器泵浦光源的选择：1480nm、980nm泵浦源的性能对比光放大的三个物理过程受激吸收、受激发射、自发发射EDFA结构EDFA的物理基础能级速率方程信号光放大、泵浦光吸收光场传输方程增益和饱和输出功率增益谱增益平坦2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012七、掺铒光纤激光器1、光纤激光器的特点实现灵活的激光光源（窄线宽、可调谐、多波长、超短光脉冲源）易获得高功率、高的光脉冲能量激光波
2、长与光纤通信传输窗口相匹配采用激光器泵浦形式（半导体激光器泵浦）热稳定性、价格低廉、易小型化2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20122、放大器与激光器的差别光放大器：无谐振腔，无反馈，外界信号引起的受激辐射激光器：有谐振腔，有反馈，内部自发辐射导致的受激辐射2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012亚稳态亚稳态泵浦光子泵浦光子980 or 1480 nm 外界信号光子外界信号光子外界信号光子外界信号光子1550 nm1550 nm基态基态激发态激发态放大的光信号放大的光信号放大的光信号放大的光信号1550 nm1550 nm基态
3、基态铒离子在外界泵浦光的作用下外界信号光引起受激辐射信号光放大EDFA弛豫弛豫2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012亚稳态亚稳态泵浦光子泵浦光子980 or 1480 nm 内部自发辐射光子内部自发辐射光子内部自发辐射光子内部自发辐射光子1550 nm1550 nm基态基态激发态激发态激光输出激光输出激光输出激光输出1550 nm1550 nm基态基态铒离子在外界泵浦光的作用下自发辐射光引起受激辐射产生激光EDFL弛豫弛豫2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20123、构成激光振荡的必要条件粒子数反转 ：需要外界光泵浦形成对激射
4、光子的正反馈：需要激光谐振腔光纤激光器光纤放大器激光谐振腔光纤激光器光纤放大器激光谐振腔激光谐振腔是光纤激光器与光纤放大器在结构上的唯一差别激光谐振腔是光纤激光器与光纤放大器在结构上的唯一差别光纤激光器的构成：激光增益介质：有源光纤 激光谐振腔：直腔、环行腔 泵浦源：光泵2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20124、光纤激光器的谐振腔类型（1）Fabry-Perot 腔泵浦（980nm）激光输出（1550nm）2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012（2）含光纤耦合器的Fabry-Perot 腔2/12/20232/12/202
5、32/12/2023 HUST 2012光纤光栅光纤光栅Fabry-Perot腔腔l分布布拉格反射（分布布拉格反射（DBRDBR）光纤激光器：）光纤激光器：使用两个较高反射率的光纤使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜置于掺杂光纤的两端，构成线形谐振腔来增强模光栅作为反射镜置于掺杂光纤的两端，构成线形谐振腔来增强模式选择，可以把光纤光栅熔接到掺杂光纤上，也可以直接把光纤式选择，可以把光纤光栅熔接到掺杂光纤上，也可以直接把光纤光栅写到掺杂光纤上。光栅写到掺杂光纤上。l分布反馈（分布反馈（DFB）光纤激光器：）光纤激光器：利用直接在稀土掺杂光纤写入的利用直接在稀土掺杂光纤写入的光栅来构成谐振腔的。
6、有源区和反馈区同为一体，只用一个光栅光栅来构成谐振腔的。有源区和反馈区同为一体，只用一个光栅来实现光反馈和波长选择，因而频率稳定性较好，边模抑制比高。来实现光反馈和波长选择，因而频率稳定性较好，边模抑制比高。2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012（3）光纤环形镜平面反射镜光纤环形镜：将X型光纤耦合器的两输出端相连，所构成的Sagnac环光纤环形镜特性：耦合器的耦合分光比为1：1时，光纤环形镜作为全反射镜；耦合器的耦合分光比不为1：1时，光纤环形镜等效部分反射镜；2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012（4）双光纤环形镜2/1
7、2/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012（5）光纤光栅光纤环形镜2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012（5）光纤光栅光纤环行器2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012（6）光纤环形腔激光器分支器2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012端面泵浦技术侧面泵浦技术分布式泵浦技术双向泵浦技术泵浦合束技术PumpingPumpingLDLD(980nm)(980nm)LasingLasingLightLight(1550nm)(1550nm)EDFEDFFBG1FBG1FB
8、G2FBG2PumpingPumpingLDLD(980nm)(980nm)PumpingPumpingLDLD(980nm)(980nm)2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20125、光纤激光器的特性分析阈值泵浦功率激光器的输出特性：输出功率、斜率效率光谱特性脉冲工作时的时域特性2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20122/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20122/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012重要的计算公式重要的计算公式输出光功率：输出光功率：阈值泵浦功率
9、：阈值泵浦功率：斜率效率：斜率效率：最佳掺铒光纤长度最佳掺铒光纤长度 2/12/20232/12/2023 HUST 20126、掺铒光纤激光器的优点高的内量子效率：泵浦光与激射光在纤芯中功率密度大，相互作用强；高的泵浦效率：半导体激光器泵浦，波长对准；既可连续、又可脉冲工作：激光上能级寿命长。2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20127、掺铒光纤激光器应用举例窄线宽掺铒光纤激光器窄线宽掺铒光纤激光器2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20122/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012可调谐掺铒光纤激
10、光器可调谐掺铒光纤激光器2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012多波长掺铒光纤激光器多波长掺铒光纤激光器2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012多波长单纵模掺铒光纤激光器多波长单纵模掺铒光纤激光器2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20122/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012锁模掺铒光纤激光器（光孤子光源）锁模掺铒光纤激光器（光孤子光源）2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 20122/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012构建光纤激光器所需的基本元器件构建光纤激光器所需的基本元器件2/12/20232/12/20232/12/2023 HUST 2012光纤激光器的实物图光纤激光器的实物图2/12/2023