摻Er及Yb-Er共摻Al-,2-O-,3--SiO-,2--Si光波導(dǎo)放大器的理論設(shè)計.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、本文對SiO<,2>/Si基摻Er及Yb-Er共摻Al<,2>O<,3>光波導(dǎo)放大器(EDAWA和YEDAWA)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究.考慮了合作上轉(zhuǎn)換、交叉弛豫、激發(fā)態(tài)吸收等上轉(zhuǎn)換機制,分別建立了針對三種泵浦波長的Er<'3+>躍遷的速率方程.分析了摻ErAl<,2>O<,3>樣品的1.53μm熒光強度與反轉(zhuǎn)粒子數(shù)隨泵浦波長、泵浦強度及摻Er濃度的關(guān)系.結(jié)果表明0.98 μm波長泵浦時,熒光強,反轉(zhuǎn)度高.三種泵浦波長

2、按泵浦效率排序是0.98 μm、1.48 μm、0.82 μm,我們選擇0.98μm作為摻Er Al<,2>O<,3>波導(dǎo)放大器的最佳泵浦波長.通過分析鐿鉺離子的能量轉(zhuǎn)換機制及各種上轉(zhuǎn)換效應(yīng),建立了一套目前考慮最全面的0.98 μm泵浦Yb-Er共摻系統(tǒng)的速率方程.利用Yb-Er共摻Al<,2>O<,3>薄膜的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計算,結(jié)果顯示Yb的摻雜可提高Er<'3+>的熒光強度和反轉(zhuǎn)粒子數(shù),并使實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的閾值泵浦強度最大可降低一

3、個數(shù)量級.通常的摻鉺濃度下,確定優(yōu)化的鐿鉺濃度比為1~2.5.利用Ansys軟件中高頻電磁模塊,建立了二維波導(dǎo)的有限元模型,成功地求解了開放介質(zhì)波導(dǎo)中場的傳輸模式和各模式的場分布.得到了3μm寬矩形截面脊波導(dǎo)的色散曲線,確定了信號光單模傳輸?shù)淖罴鸭垢邽?.8 μm.采用階躍折射率光纖的Bessel場激發(fā)波導(dǎo)模式,得到各模式的激發(fā)系數(shù)及信號光和泵浦光的歸一化光強.詳細(xì)分析了光纖芯徑和偏移對光纖-波導(dǎo)耦合效率的影響.利用速率方程、有限元場分

4、布、傳輸方程,考慮正反方向的自發(fā)輻射噪聲的影響,采用Runge-Kutta迭代技術(shù)求解了EDAWA和YEDAWA增益.該綜合理論模型的計算結(jié)果表明YEDAWA的泵浦效率高于EDAWA,并分析了兩種放大器的偏振特性,噪聲特性以及耦合對增益的影響.這些結(jié)果均是國內(nèi)外未見報道的.本模擬計算中建立的更為先進(jìn)的參數(shù)優(yōu)化方案,實現(xiàn)了放大器摻雜濃度、泵浦功率、波導(dǎo)長度和增益的同步優(yōu)化,得到最佳長度下的最大增益,繪制出具有實用和指導(dǎo)價值的優(yōu)化設(shè)計曲線.

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