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腔镜. 腔镜. 泵浦光. 掺杂光纤. 输出激光. 光纤激光器结构示意图. 3.3.1 光纤激光器基本结构 3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质:掺杂稀土离子光纤 稀土元素: 钕( Nd )、铒( Er )、镱( Yb ) 、铥( Tm )、钬( Ho )、钐( Sm )、钍( Tu ). 高能态. 4 I 11/2. 无辐射跃迁. 4 I 13/2. 亚稳态. 980nm 泵浦. 1480nm 泵浦. 1550nm. 4 I 15/2. 基态. 铒离子( Er 3+ )能级结构. - PowerPoint PPT Presentation
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3.3.1 光纤激光器基本结构
3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质:掺杂稀土离子光纤 稀土元素:钕( Nd )、铒( Er )、镱( Yb ) 、
铥( Tm )、钬( Ho )、钐( Sm )、钍( Tu )
泵浦光 掺杂光纤
腔镜 腔镜
输出激光
光纤激光器结构示意图
1. 三能级系统的能级结构
铒离子( Er3+)能级结构
4I11/2
4I13/2
4I15/2
980nm 泵浦 1480nm泵浦
无辐射跃迁
1550nm
基态
高能态
亚稳态
2. 四能级系统的能级结构
钕离子( Nd3+)能级结构
4G7/2
4F5/2
4F3/2
4I15/24I13/24I11/24I9/2
800nm泵浦
920nm 1060nm1350nm
激发态吸收1330nm
无辐射跃迁
下能级
高能态亚稳态
基态
3. 上转换系统的能级结构
1060nm 泵浦
1060nm 泵浦 480nm
1G4
3F2
3H4
3H5
3F4
3H6
1060nm 泵浦
铥离子( Tm3+)上转换能级图
高能态
基态
3.3.3 光纤激光器谐振腔结构1. Fabry-Perot 腔
掺杂光纤
腔镜 腔镜
光纤激光器 Fabry-Perot腔结构示意图
光纤光栅 Fabry-Perot腔
环形镜 环形镜光纤环形镜 Fabry-Perot腔
环形镜反射率 R为: R=4f(1-f)
Sagnac干涉仪
2. 环形腔
PC
ISO
Doped fiber
WDM
output
pump
环形腔光纤激光器结构图
980/1550 nmWDM
EDF
pump laser
output
ISO
窄带滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图
filter
coupler
PC
光纤光栅滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图
并列光栅型环形腔掺铒光纤激光器结构图
3.3.4 喇曼光纤激光器1. 受激喇曼散射 1928 年,印度物理学家 C. V. Raman 发现光通过透明溶液时,有一部分光被散射,其频率与入射光不同。频率位移与发生散射的分子结构有关。这种散射称为喇曼散射,散射光称为 Stokes 波,频率位移称为喇曼频移。 量子力学描述为:入射光波的光子被介质分子散射成为低频光子,同时将剩余能量转移给分子振动产生的声子,分子完成两个振动态之间的跃迁。
若在光纤中输入泵浦光,经过分子的散射作用,产生 Stokes 频移光。当输入信号光的频率与 Stokes 波的频率相同时,光信号得到增强。
石英的喇曼增益谱
对 于 纯 石 英 光 纤 ,喇 曼 增 益 最 大 值 对应 的 频 率 是 由 泵 浦频率下移 13.2THz (440cm-1) 。1.45m→ 1.55m
掺 磷 光 纤 的 喇 曼 频移是 1330cm-1
2. 级联喇曼光纤激光器
1240nm 1240nm1310nm 1310nm1400nm 1400nm1070nm
1240nm 1240nm1480nm 1480nm1070nm
P-doped
SMF+
3.4 光放大器
3.4.1 分类
3.4.2 掺杂光纤放大器1. 掺铒光纤放大器( EDFA )(1) 放大基理 自发辐射 放大的自发辐射 (ASE)
受激辐射
1530nm 1565nm
掺铒光纤增益曲线
G(dB)
λ
掺铒光纤放大器结构图
(2) 结构
(3) 特性i. 增益
小信号增益和饱和增益ii. 噪声系数 输出信噪比与输出信噪比的比值。
)dBm()dBm()dB(log10 inoutin
out PPP
PG
)dB()/(
)/(log10
in
out
NS
NSNF
)dBm(mW1
)mW(log10)dBm(P
P
(3) 应用