光波導(dǎo)放大器原理和進(jìn)展.ppt

光波導(dǎo)放大器原理和進(jìn)展 光學(xué)工程楊慶忠2007202129 主要介紹內(nèi)容 光波導(dǎo)器件光波導(dǎo)放大器工作原理光波導(dǎo)放大器新進(jìn)展 光波導(dǎo)器件 光波導(dǎo) 將光波束縛在一定區(qū)域內(nèi)傳播 光波導(dǎo)器件 光波導(dǎo)器件最大特點(diǎn)是在原理上能將多個(gè)基本元件集成在一個(gè)基底上 光波導(dǎo)器件 光波導(dǎo)器件基本結(jié)構(gòu) 以平面光波導(dǎo)為例 光波導(dǎo)器件 光波導(dǎo)器件按其組成材料可分為 鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)硅基二氧化硅光波導(dǎo)InGaAsP InP光波導(dǎo)聚合物光波導(dǎo) 光波導(dǎo)器件 不同材料光波導(dǎo)優(yōu)缺點(diǎn)比較 需指出的是 在上述四種平面光波導(dǎo)器件中 除了LiNbO3平面光波導(dǎo)器件外 其余三種光波導(dǎo)器件目前都尚未成熟 仍處于研發(fā)階段 光波導(dǎo)放大器原理 光波導(dǎo)放大器的信號(hào)放大作用是利用光波導(dǎo)摻入的稀土離子在抽運(yùn)光作用下的受激輻射實(shí)現(xiàn)的 以摻鉺光波導(dǎo)放大器為例說(shuō)明 Cooperativeupconversionandenergytransfer 光波導(dǎo)放大器新進(jìn)展 新的制作技術(shù)新的材料新的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)新的泵浦結(jié)構(gòu) 光波導(dǎo)放大器新進(jìn)展 新的制作技術(shù)制作光波導(dǎo)放大器的傳統(tǒng)方法有 Er離子注入法 RF濺射法 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法 PECVD 火焰水解涂覆法 離子交換技術(shù) 復(fù)合波導(dǎo)技術(shù) 熱壓法以及sol2gel技術(shù)新的制作方法有 聚焦質(zhì)子束輻射法 秒激光脈沖法 光波導(dǎo)放大器新進(jìn)展 新的材料基于聚合物基質(zhì)材料的光波導(dǎo)放大器 優(yōu)點(diǎn) 傳輸損耗低 與光纖的耦合損耗也小缺點(diǎn) 稀土元素在有機(jī)聚合物中的溶解度小 光波導(dǎo)放大器新進(jìn)展 新的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)做成不同的幾何形狀 以提高光波導(dǎo)的有效長(zhǎng)度 從而提高放大器的增益 光波導(dǎo)放大器新進(jìn)展 新的泵浦結(jié)構(gòu)耦合模泵浦的光波導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu) 泵浦光從非吸收泵浦波導(dǎo)A逐漸地耦合到放大器波導(dǎo)B中 數(shù)值計(jì)算表明 與傳統(tǒng)的端面耦合結(jié)構(gòu)相比 這種耦合結(jié)構(gòu)可提高增益約2dB左右 新型結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)放大器 彎曲光波導(dǎo)放大器 這種結(jié)構(gòu)可在有限的尺寸中大大增加有源波導(dǎo)長(zhǎng)度 從而提高增益 目前已有彎曲波導(dǎo)放大器成品報(bào)道 其模塊可以在1535nm波長(zhǎng)窗口獲得27dB的增益 面積只有79mm 35mm 波導(dǎo)長(zhǎng)度為47 7cm 基質(zhì)材料為硅酸鹽玻璃 而目前最小的直波導(dǎo)放大器模塊可以在1535nm波長(zhǎng)窗口獲得15dB增益 其面積為130mm 11mm 新型結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)放大器 合 分波集成波導(dǎo)放大器 合 分波波導(dǎo)放大器是將兩種不同功能的玻璃器件粘合在一起制成的 有源放大區(qū)采用摻鉺磷酸鹽玻璃 使光信號(hào)增益最大 無(wú)源部分采用不摻雜的硅酸鹽玻璃 使損耗最小 據(jù)報(bào)道 粘合損耗小于0 3dB 目前這種放大器小信號(hào)增益可達(dá)10dB 噪聲指數(shù)小于5dB 小信號(hào) 10dBm 無(wú)損帶寬為15nm 大信號(hào) 0dBm 無(wú)損帶寬為6nm 新型結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)放大器 錐形光波導(dǎo)放大器 錐形波導(dǎo)的錐形區(qū)長(zhǎng)度為2mm 寬度從6 5 m漸變到9 m 如圖9所示 這種形狀的波導(dǎo)放大器可以提高波導(dǎo)和單模光纖的耦合效率 與此同時(shí) 在波導(dǎo)內(nèi)仍然可以保持信號(hào)與抽運(yùn)光的單模傳輸 抽運(yùn)和信號(hào)的重疊因子基本保持不變 未來(lái)光波導(dǎo)放大器研究?jī)?nèi)容和主要發(fā)展方向 更寬的帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)多信道的光放大 更高的功率放大來(lái)實(shí)現(xiàn)超常距離的信號(hào)傳輸 單位長(zhǎng)度高增益 寬帶寬材料的進(jìn)一步研究成為重點(diǎn) 光波導(dǎo)放大器的設(shè)計(jì)將向集成化器件方面發(fā)展 新的集成光學(xué)工藝的探索和研究也將繼續(xù)進(jìn)行 主要參考文獻(xiàn) 1 李成仁 李淑鳳 宋琦 李建勇 宋昌烈 雷明凱 鐿鉺共摻Al2O3光波導(dǎo)放大器的凈增益特性光子學(xué)報(bào)2006年5月第35卷第5期 2 李淑鳳 李成仁 宋昌烈 摻Er及Yb Er共摻Al2O3光波導(dǎo)放大器的理論與實(shí)驗(yàn)研究光學(xué)學(xué)報(bào)2007年27卷5期 3 潘瑞坤 章天金 嚴(yán)小黑 張柏順 光波導(dǎo)放大器用材料的研究發(fā)展材料導(dǎo)報(bào)2005年11月第19期第11期 4 佟會(huì) 戴基智 包洪濤 趙天卓 羅輝 光波導(dǎo)放大器的增益特性研究激光與光電子進(jìn)展2005年9月第42卷第9期 5 蘇潔梅 戴基智 楊亞培 光波導(dǎo)放大器的研究進(jìn)展激光技術(shù)2004年12月第28卷第6期 6 陳海燕 劉永智 官周?chē)?guó) 黃小莉1 張少先 摻鉺光波導(dǎo)放大器的速率方程分析光學(xué)學(xué)報(bào)2002年2月第22卷第2期 7 薛輝 楊亞培 劉小雙 高宇 摻稀土離子光波導(dǎo)放大器研究進(jìn)展光通信技術(shù)2005年第7期 8 陳海燕 劉永智 1 55 m光波導(dǎo)放大器最新進(jìn)展激光與紅外2005年7月第35卷第7期 9 Bor ChyuanHwang ShibinJiang TaoLuo JasonWatson GinoSorbello CooperativeupconversionandenergytransferofnewhighEr31 andYb31 Er31 dopedphosphateglasses J Opt Soc Am B May2000 Vol 17 No 5 10 JungJinJuandMyung HyunLee EnergytransferinclusteredsitesofEr31ionsinLiNbO3crystals J Opt Soc Am B September2003 Vol 20 No 9 11 De LongZhang Dun ChunWang andEdwinY B Pun NumericalAnalysisofOpticalAmp