光電子器件基礎(chǔ)與技術(shù)lectureppt課件

1、張偉利張偉利 副教授副教授 E-mail: wl_zhanguestc.eud E-mail: wl_zhanguestc.eud電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院科電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院科B209B209028-61830652028-61830652122.5 2.5 光纖激光器光纖激光器A. 簡介B. 增益介質(zhì)C. 諧振腔D. 器件效應(yīng)3 光纖激光器是以(摻雜)光纖本身為工作物質(zhì)，而該光纖又起到波導(dǎo)作用的固體激光器。光纖激光器的特點光纖激光器的特點l光束質(zhì)量好，單色性、穩(wěn)定性高l散熱性能好、轉(zhuǎn)換效率高；l諧振腔可以是腔鏡、或光纖耦合器、光纖圈等l可獲得寬帶的可調(diào)諧激光輸出l適用于光纖

2、通信的低損耗窗口l能勝任劣環(huán)境4光纖激光器的類型光纖激光器的類型摻雜元素?fù)诫s元素稀土元素稀土元素?fù)诫s光纖的基質(zhì)摻雜光纖的基質(zhì)石英玻璃石英玻璃容易產(chǎn)生斯塔克分裂，使得能級加寬，容易產(chǎn)生斯塔克分裂，使得能級加寬，光譜變寬。光譜變寬。重金屬氟化物玻璃重金屬氟化物玻璃通光窗口寬，在通光窗口寬，在300-8000 nm300-8000 nm范圍透過范圍透過率很高。率很高。易于成纖，易于激活。易于成纖，易于激活。摻雜光纖摻雜光纖5摻雜濃度摻雜濃度太低：摻雜離子的總有效數(shù)小于入射光子數(shù)，激發(fā)態(tài)可能被太低：摻雜離子的總有效數(shù)小于入射光子數(shù)，激發(fā)態(tài)可能被耗盡。耗盡。太高：稀土離子之間出現(xiàn)非輻射的濃度抑制，躍遷產(chǎn)

3、生激光太高：稀土離子之間出現(xiàn)非輻射的濃度抑制，躍遷產(chǎn)生激光的能級上有效粒子數(shù)減少，不利于產(chǎn)生激光。的能級上有效粒子數(shù)減少，不利于產(chǎn)生激光。摻雜濃度最佳在100 ppm （10-6量級較高濃度摻雜下鉺離子交叉弛豫引起輸出脈動6Er 3+Er 3+、Nd 3+Nd 3+的電子能級的電子能級78注入光波長注入光波長 布里淵布里淵拉曼拉曼（斯托克斯）（斯托克斯）光波長光波長光光強(qiáng)強(qiáng)度度瑞利瑞利拉曼拉曼（反斯托克斯）（反斯托克斯）非線性光纖非線性光纖F-PF-P腔腔M1: 對泵浦光高透；對激光高反M2: 對激光高反 （低增益系統(tǒng)95%；高增益系統(tǒng) 75%）9光在腔內(nèi)傳輸來回一次后的光強(qiáng)為：要保證激光在腔

4、內(nèi)振蕩，要求：反射光與入射光發(fā)生干涉，為了在腔內(nèi)形成穩(wěn)定振蕩，要求干涉加強(qiáng)。則腔長與波長滿足(駐波條件)：)(2exp021LGIrrIni)(2121rrnlLGni12nqL增益系數(shù)增益系數(shù)平均損耗系數(shù)1011DBRDBR腔腔distributed Bragg reflection distributed Bragg reflection ）又叫分布式）又叫分布式布拉格反射鏡布拉格反射鏡使用兩個較高反射率的光纖光柵作為反射鏡，將其置于摻雜光纖的兩端，構(gòu)成線性諧振腔增強(qiáng)模式選擇。12DFBDFB腔腔直接在摻雜光纖上寫入光柵構(gòu)成諧振腔，有源區(qū)與反饋區(qū)同為一體，只用一個光柵實現(xiàn)光反饋和波長選擇，

5、頻率穩(wěn)定性好，邊模抑制比高。13 型腔型腔用環(huán)形器、光纖環(huán)等構(gòu)成反射鏡代替諧振腔一端的光柵，另一端采用光柵選擇輸出波長，降低制作難度，增加穩(wěn)定性。光纖環(huán)形諧振腔光纖環(huán)形諧振腔泵浦光由泵浦光由1 1端進(jìn)入，經(jīng)耦合器進(jìn)入環(huán)行腔。激勵的激端進(jìn)入，經(jīng)耦合器進(jìn)入環(huán)行腔。激勵的激光與泵光無關(guān)。產(chǎn)生的激光由光與泵光無關(guān)。產(chǎn)生的激光由4 4端到端到3 3端。經(jīng)耦合器分端。經(jīng)耦合器分為為2 2束：一束從束：一束從2 2端輸出；另一束由端輸出；另一束由4 4端返回并被諧振放端返回并被諧振放大；如此反復(fù)。其中儲存了能量。大；如此反復(fù)。其中儲存了能量。14光纖圈反射器光纖圈反射器光纖圈為非諧振的干涉儀結(jié)構(gòu)，其中沒有能

6、量儲存。光纖圈為非諧振的干涉儀結(jié)構(gòu)，其中沒有能量儲存。2(1 2 )4 (1)tinrinPkPPkk P光波既可以通過另一端輸出；又可以再從輸入端反射，耦合系數(shù)k是波長的函數(shù)反射透射功率15反射鏡反射鏡+ +光柵形式可調(diào)諧輸出諧振腔光柵形式可調(diào)諧輸出諧振腔 使用閃耀光柵，若對激光中心的閃耀級次為使用閃耀光柵，若對激光中心的閃耀級次為MM級，閃耀角為級，閃耀角為，光柵常數(shù)為，光柵常數(shù)為d d，則光柵方程為：，則光柵方程為：dMddMdcos2sin2只要轉(zhuǎn)動衍射光柵，使光束相對于光柵法線的入射角在 附近變化，就能實現(xiàn)調(diào)節(jié)波長16采用這種結(jié)構(gòu)，利用氬 離 子 激 光 器 的514nm的光作為泵浦光，分別激勵摻鉺光纖及摻釹光纖,可調(diào)諧的波長范圍分別為25nm和80nm。 由于分束器與光學(xué)元器件帶來了腔內(nèi)損耗，導(dǎo)致閾值功率提高。14 nm11 nm80 nm17通過改變溫度來調(diào)節(jié)光纖圈的反射率，使摻雜光纖達(dá)到激光諧振放大反