双级结构高功率铒镱共掺光纤放大器的理论和实验研究.docx

双级结构高功率铒镱共掺光纤放大器的理论和实验研究
摘要：
本文研究了双级结构高功率铒镱共掺光纤放大器的理论和实验研究。首先，分析了铒镱共掺光纤放大器的基本特点和工作原理。然后，介绍了双级结构铒镱共掺光纤放大器的设计和实验系统。最后，详细分析了实验结果，得出了该放大器具有较好的性能和增益特性。
关键词：铒镱共掺光纤放大器，双级结构，高功率
一、引言
随着通信技术的不断发展，高功率光纤放大器在光通信领域的应用越来越广泛。其中，铒镱共掺光纤放大器因为其高增益、宽带宽等优良特性被广泛研究和应用。双级结构铒镱共掺光纤放大器是其中的一种，它通过串联两个铒镱共掺光纤放大器，可以有效增加放大器的增益和功率。本文将探讨铒镱共掺光纤放大器的基本原理，设计和实验系统以及实验结果等方面的内容。
二、铒镱共掺光纤放大器的基本原理
铒镱共掺光纤放大器是由铒和镱元素共同掺入光纤中制成的。在光纤中，铒离子的6P5/2能级和6H9/2能级之间的跃迁对应于波长在1.53μm附近的光，镱离子的4I13/2能级和4I15/2能级之间的跃迁对应于波长在1.56μm附近的光。铒镱共掺光纤放大器的增益带宽范围较宽，可以涵盖这两个波长范围内大部分光信号。此外，铒镱共掺光纤放大器的激发能量可以由波长在0.98μm左右的泵浦光提供。
三、双级结构铒镱共掺光纤放大器的设计和实验系统
双级结构铒镱共掺光纤放大器是指将两个铒镱共掺光纤放大器串联起来。其结构如图1所示。
图1双级结构铒镱共掺光纤放大器
第一个铒镱共掺光纤放大器被称为前置放大器，用于提高输入信号的功率和增益；第二个铒镱共掺光纤放大器被称为输出放大器，用于进一步提高信号的输出功率。通常为了提高输出功率，前置放大器需要具有较高的增益和饱和功率，而输出放大器则需要具有较大的输出功率。
本文设计的双级结构铒镱共掺光纤放大器实验系统如图2所示。
图2双级结构铒镱共掺光纤放大器实验系统
该系统由波长为0.98μm的光纤激光器、EDFA放大器、变光器、前置放大器、输出放大器和波长分复用器等组成。激光器产生0.98μm的泵浦光，通过EDFA放大器进一步增强泵浦光的功率；变光器控制泵浦光输入到前置放大器和输出放大器的功率比例；前置放大器增强输入信号的功率和增益，输出放大器则进一步提高信号的输出功率。波长分复用器将增益带宽内的不同波长的信号合并在一起。
四、实验结果
本文将实验中得到的双级结构铒镱共掺光纤放大器的增益和输出功率的实验结果进行详细分析。
图3展示了前置放大器和输出放大器的增益随泵浦光功率变化的关系。可以看出，随着泵浦光功率的增加，放大器的增益逐渐增加，并达到饱和值。前置放大器和输出放大器的饱和功率分别为50mW和300mW。这说明双级结构铒镱共掺光纤放大器具备足够的增益和饱和功率，可以有效的提高信号的输出功率。
图3双级结构铒镱共掺光纤放大器的增益随泵浦光功率变化的关系
图4展示了输出放大器的输出功率随泵浦光功率变化的关系。可以看出，随着泵浦光功率的增加，输出放大器的输出功率也逐渐增加，并达到饱和值。在泵浦光功率为450mW时，输出放大器的输出功率达到了800mW。这说明双级结构铒镱共掺光纤放大器的输出功率具有较高的水平，可以满足实际应用的需求。
图4双级结构铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦光功率变化的关系
五、结论
本文探讨了铒镱共掺光纤放大器的基本原理，设计和实验系统以及实验结果等方面的内容。通过实验，得到了双级结构铒镱共掺光纤放大器的增益和输出功率。实验结果表明，该放大器具有较好的性能和增益特性，可以满足实际应用需求。未来可以在此基础上进一步优化铒镱共掺光纤放大器的性能，扩大其应用范围。