《掺铒大模式面积单模光子晶体光纤放大器的数值分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《掺铒大模式面积单模光子晶体光纤放大器的数值分析（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第?卷第 期 ?! 年 # # 月 量子电子学报 %一! 8 掺饵大模式面积单模光子晶体光纤放大器的数值分析 杨绩文 , 郭金链 # , 高伟清 , 明海 , 邹快盛 9#中国科学技术大学物理系 , 安徽合肥 ? 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光 学技术国家重点实验室 , 王岐山 ? , 赵 卫 “ ?;!? ? (3:给出泵浦光和信号光本征模场分布 , 结合速率方程 和功率传输方程 设计一种大单模尺寸的实芯掺饵 玻璃大模式面积单模光子晶体光纤 , 芯径为 ? ! 拼 0设计出一种大模场面积的结构 , 分析其椭圆度容差和内层小孔最大允许偏移 量 , 并对掺饵情况下的光纤放大器进行数值模拟
2、 , 得到几组放大曲线 , 分析出最佳长度 , 放大闭值等 , 为 设计高功率 0 激光器提供了一种很好的结构模型 4 ? 掺饵 0放大器模型分析 对于有源光子晶体光纤的稀土元素离子 , 基于速率方程模型 , 一般考虑信号光的受激吸收 、 受激发射 和自发辐射 , 泵浦光的受激吸收 、 受激发射以及激发态吸收9(. : 【 一川 4 另外 , 还考虑光纤 中的信号光和 泵浦光的散射损耗 4 忽略团簇效应 、 浓度淬灭以及交叉驰豫等非线性效应 , 它们只有在高浓度掺杂时才表 现出来 。 掺杂光纤的纤芯在信号波长 入 7 处单模工作 , 稀土离子掺杂浓度为9假定掺杂离子在纤芯中均匀 分布: , 凡
3、9 7 , :为激光上能级粒子反转数密度 。 波长为 入 的泵浦光藕合到掺杂光纤中 , 从 7 ! 处藕合 进入光纤时为前向泵浦 , 从 二/ 处为后项泵浦 , 或者从两端同时泵浦9双向泵浦: , / 为掺杂光纤长度 4 尸土 9 , , 入: 为在波长为入处的单位波长内的光功率密度 , “ ” 表示表示正向传播 , “ 一 ” 表示反向 传播 。 泵浦光和信号光的功率传输方程如下 ! 、4, 口 , ,二 今 ? ? 叮了龟 、才 砚 了 飞 !凡士# !# 二 干补#几士% , ! 计算与结果 该 0 使用的结构参数如图 #9 : 所示 , 这里 . 为小孔周期 , 为小孔直径 , 其中
4、. 二 # ? ” , 叮. ! 4? , 。二# 4 8 # ; 4 根据 (3 方法 , 在单模条件下 , 设计出的 0的参数如 7 人 二 ? ? 8 4=拼 , 二? #户 , 口 4 ; 户 一, , . 二! 4 ! ; ? 4 改变 0小孔的椭圆度 , 从椭圆度为 #! ! 慢慢减小 , 并算 出光纤单模性 , 直到光纤不为单模 , 得到光纤为单模时的椭圆度容差为 ? 4 , 改变最内层小孔偏移量 , 从 无偏移开始慢慢增加偏移量 , 并算出光纤单模性 , 直到光纤不为单模 , 得到光纤单模时最 内层小孔最大偏 移! # 拼 0 4 # 9 :2 5 55乎 ) ) 07 9:
5、2 5 5 + 一 0 判断光子晶体单模特性的判据 ?】 外 09入: ?介. 人 9: 此处 0 基模本征模式折射率 。9 习 判据公式得到外 09习 二# 4 ?= ?几 分布如图 #9:所示 4 二# 4 8#8= 8 , 空气孔包层第一特征模式折射率 9 习 # 4 8#8 4 所以 , 我们设计的这种 0在# 4 8拼 波段是单模光纤 , 0 代入 模场 第 期 杨绩文等 7 掺饵大模式面积单模光子晶体光纤放大器的数值分析 8 对于文中所使用的掺饵 玻璃光子晶体光纤放大器 , 我们采用 = ! 泵浦光前向泵浦 , 信号波长 为 #8 ;! 。 不考虑 (). , 计算中所用的光纤放大
6、器的参数如表 # 所示 4 将. 、 、 。 代入 ?(3算出 0 本征模场分布 , 将本征模场分布代入公式 9: 、 9 : , 得到归一化功率密度分布 几9 , 功 、 叽9 , 功 4 对于方程9 ; : 中 , 本文计算的是单模光纤 , 故此 二# 。 稳态情况下 , 将 入 、 . 7 、 几7 、 飞# 、 。?# 、 , ; 、 几; #和几 9 二 , 功 , 叽9 , 功代入公式9 : 、9 :按照有限差分法迭代即得到各种放大曲线 , 如图 ?、? 所 示 4 衰 # 掺饵 0 放大器的参数 光光纤参数数掺杂粒子参数数 . . .9空气孔周期: : :# ? 拼 入泵浦波长
7、长 =! 武武空气孔直径: : : ? 4 ?户 久 7 信号波长长 #8;! _. . .! 4 ? ? ? 几? ? ? ; ; 几 # # # # 4 吸收截面面 ? 4 8= ( 一? 8 口口口口 ;# 发射截面面 ! ! ! :泵浦光与光纤长度的关系 图 ? 是泵浦光几 随光纤长度变化的关系 , 初始值为 7 泵浦光功率几9 ! : 二?! ! , 信号光功率 9 ! : # #!一 , 图中曲线 # 掺杂浓度 8 #!? 8 , 曲线 ? 掺杂浓度 二 护” , 曲线 ; 掺杂浓度 # # !? , 曲线 ? 掺杂浓度 ? #!? 。 当掺杂浓度越大时 , 泵浦光下降得越快 ,
8、经过较短长度就 可以将泵浦光完全吸收 , 这个现象同常规掺杂光纤相一致 。 7 鱿 + + ? , ! , 4 # 8 # ! 8 ,! 泛; 。渗 , 岛 2刀2 2 32 ,6 2 名 ? 1 0 ? 1 0 ? 1 0 1 = = 0 凡 1 11( 1 ? 0 闽值达 到了 #=! 4 ? 结论 设计了一种大单模尺寸的实芯掺饵 玻璃大模式面积单模光子晶体光纤 , 芯径为? ! 拼 容差椭圆 度为 ? 4 , 最内层小孔偏 移! 4 # 拼0放大器具有较高的放大倍数 , 为研究大功率光子晶体光纤放大器提供了一种结 构模型和数值计算方法 4 参考文献 7 【 #. ?七 , 3% , 4
9、( 5 5 5 4 。 5 5 。、5 1、5。 ( 5。 9子电子学报: , ?! ! , #9;:7?8?8 9 : 、 ? 匕#. , /议 , 3 % , 云 4 ( 5 孔 一5 。 5 。二 5 / 。9中国激光: , ?!? , ?9: 7 9 : 4 ; , 2. , 4 . 一 5 5 55 4 如亡 4 /亡 4, # , ? #9#:7#8? # 8? 4 ? 2. , 亡 4 ( 5 55 4 即 4 /“ 4, # , ?9#;: 7 # 一 ; 4 8# / 0 , 5 . , 。 4 . 一5 55 4 如 4 /忿 4, ?! !? , ?9?!:7?; 一?
10、; 4 # 5 , ) , % )2 , 亡 4 /5 片 6 一 5 五 妙 .)( 一 5 4 5亡。7 几 亡55叩夕/“ 4, #= , #!9# #:7#88# 一#8 8; 4 【 3 % , 4 ( 5 5 还 ! =?! 9#:7;! 一; ?! 4 3 55 , 亡 4 运 5 ( ; 一5 55 55 4 55。公, 2 55四夕/亡 忿, # ! , ?9:7 8序 8= 4 【 #!】 0 , 4 . 5 5 6 扣 勿 一6 5 5 4 + 、二 5 / 夕5 5 2 55四, , # ; , #9#!: 7 #8 8 一# 8 ? 4 【 #%5 3 , 4 (范 555 即 5 】 4 脚 4 5 4 /忿 4, # ! , 89?8:7 ; #8? 一;#88 4 【 #?#35 . , 0 5 , 4 35 5 55 汀 【 】 4 + / 4 , ?! !; , ?=9?!:7 #= #=# 4 第 期杨绩文等 7 掺饵大模式面积单模光子晶体光纤放大器的数值分析 ) 5 5 一 5 一 55 5 . 一 # , ,+ 五 一! !? , 7 ? . , ? #8 一?; #, ? ! ! ? : 4 由于在文章 内容审查和参考文献 引用方式上的严重失误 , 我们
