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掺镨光纤放大器4PDFA研究历程

2018/06/19264 作者:佚名
导读: 第一次在1.3μm处放大是从基于ZrF(ZBLAN)的掺镨光纤中得到证明。从那时起,人们对低声子能量的基质玻璃产生了极大兴趣。通过减少基质玻璃的声子或振动能量,使放大时可以得到更高的泵浦功率。虽然如此,在ZBLAN光纤中典型的效率仅仅为4%,因此已经进行了大量的研究,希望找出有效的用于PDFA的基质玻璃。潜在的基质有基于InF的系统,基于InF/GaF系统,基于PbF/InF的系统,混合卤化

第一次在1.3μm处放大是从基于ZrF(ZBLAN)的掺镨光纤中得到证明。从那时起,人们对低声子能量的基质玻璃产生了极大兴趣。通过减少基质玻璃的声子或振动能量,使放大时可以得到更高的泵浦功率。虽然如此,在ZBLAN光纤中典型的效率仅仅为4%,因此已经进行了大量的研究,希望找出有效的用于PDFA的基质玻璃。潜在的基质有基于InF的系统,基于InF/GaF系统,基于PbF/InF的系统,混合卤化物玻璃,硫系玻璃如Ga-La-S和As-S。在所有的材料中,要想使之成为有效率的PDFA的关键问题是减少光纤的损耗。

1掺镨氟化物光纤放大器。掺镨氟化物光纤与通信用光纤(石英)不同,通信用光纤是由二氧化硅构成,而掺镨氟化物光纤完全不含氧,而是由重金属(锆、铟)氟化物作为主要成分的玻璃所构成。

为了提高掺镨氟化物光纤放大器的效率,研究工作的重点就是找到氟化物光纤的掺杂材料,以及确定由这些材料制成的光纤包层和芯径折射率的大小。日本NTT光网络研究所经过优选,最终开发出了铟氟化物光纤中掺镨的、光纤包层和芯径折射率差为4%的低损耗光纤作为放大媒体,能使小信号输入光信号的功率提高1.5倍。

1998年日本的研究人员采用1.01μm波段LD作为泵浦,在掺镨In/Ga基质氟化物光纤中实现了可靠的运转。采用四个1.01μmLD获得了信号输出功率为16.2dBm(42mw),对应的增益系数为18dB,比以前报道的Zr基氟化物光纤高出2-3dB,噪声系数低于8dB。并用此PDFA作为前置放大器在260mw泵浦功率下实现了距离大于100km的2.5Gb/s传递试验,整个过程没有误码。采用In/Ga基质氟化物光纤掺杂浓度为1000ppm,纤芯直径为1.2μm数值孔径为0.55,光纤在1.2μm处的背底损耗为0.15dB/m,光纤长度为5.8m。

同年日本K.Isshiki等人报道了In-Ga基质氟化物掺镨光纤放大器,该放大器直接采用0.98μm波段的LD作为泵浦源,采用光栅可对LD调节,调节范围为0.98~1.0μm,在1.296μm波长最大信号输出功率为13.5dBm,采用此光纤放大器作为前置放大器,进行了O波段PDFA的传输试验,在信号波长分别为1.296μm、1.301μm、1.306μm和1.311μm,每个信道信号功率为-21dBm,结果显示,其误码率小于10。基于商用PDFA模块放大试验早在1995年研究被验证。日本提供稀土掺杂氟化物光纤及光纤放大器。该掺镨光纤放大器增益达到25dB以上。

O-Band工程化实用型PDFA采用高可靠性半导体泵浦源与高效率的PDF设计技术,并对PDFA光路结构进行优化设计而制造的整机,其功率高达17dBm以上,工作带宽为1290nm至1320nm,非常低的模拟失真,可广泛适用于1310nmCATV系统,数字光通信系统,DWDM系统,及光器件性能的测试。

2掺镨硫系玻璃光纤放大器。近几年来,硫(卤)系玻璃作为1.3μm光纤放大器的基质玻璃受到了极大的关注,取得了很大的进展,如在Pr掺杂的GeGaS系玻璃中,已取得了70%以上的量子效率,是Pr掺杂ZBLAN玻璃的近20倍。Shin等计算了Pr的G能级的多声子驰豫速率,硫系玻璃比氟化物小大约两个数量级。Simon等也报导了掺Pr的Ge-Ga-S玻璃1.3μm发光性质;最近,Tawarayama等报道了单模Ge-Na-S光纤的信号增益,在1.332μm波长处的信号增益约为30dB,该光纤的纤芯直径为2.5μm。因此可以说,硫系、硫卤系玻璃是目前最有希望的稀土离子掺杂的1.3μm光纤放大器基质玻璃系统。2000年CLEO会议上美国马萨诸塞理工大学的R.S.Quimby等人对比研究了单波长(1030nm)和双波长(1030nm和1270nm)下泵浦掺镨硫系光纤的放大试验。发现了双波长泵浦条件下转换效率为35%,而单波长泵浦下只有15%。目前,用于稀土离子Pr掺杂的1.3μm光纤放大器硫系基质玻璃主要由AsS基、GaLaS基和Ge基硫系玻璃。

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