双包层铒镱共掺光纤纤芯吸收系数、内包层直径试、包层泵浦吸收系数试验方法

2013年1月重庆师范大学学报（自然科学版）Jan．2013第30卷第1期Journal of Chongqing Normal University（Natural Science）Vol．30No．1DOI：10．11721/cqnuj20130120掺镱（Yb3+）双包层光纤激光器的数值分析*徐向涛，戴特力，梁一平，王定举，范嗣强，张鹏（重庆师范大学物理与电子工程学院，光学工程重点实验室，重庆400047）摘要：通过对速率方程的求解，得到了掺Yb3+双包层光纤激光器的输出功率表达式Pout =（1－R2）R槡1·P s，sat（1－R1）R槡2+（1－R2）R槡1·（1－exp（ξ））νsνp·P+p（0）+P－p（L）Ps，sat－（NΓsσa s+αs）L－ln1R1R槡2()[]。

利用Matlab软件对其进行了数值模拟，分析了泵浦波长、泵浦功率、光纤长度、光纤掺杂浓度、输出腔镜对激光器输出功率的影响。

结果表明，用915nm和975nm进行泵浦时所需的最佳光纤长度是不相同的，掺杂浓度对光纤长度的最佳值也存在影响，输出腔镜的反射率应尽量小，合理地最优化系统参数能使掺Yb3+双包层光纤激光器输出功率达到最优。

关键词：光纤激光器；速率方程；Yb3+掺杂；数值分析中图分类号：TN248．1文献标志码：A文章编号：1672-6693（2013）01-0091-04随着高功率半导体激光器（LD）泵浦技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率已经由最初的几百毫瓦上升到了数千瓦水平［1-2］。

与传统固态激光器相比，光纤激光器具有阈值低、光束质量好、热管理方便、结构紧凑等优点，在工业、军事国防及医疗等领域有着广泛的应用前景［3-8］。

光纤激光器采用掺稀土元素（钕、镱、铒、铥、钬等）光纤作为增益介质，其中Yb3+离子量子转换效率高、无激发态吸收、无浓度淬灭，并且具有很高的吸收截面、较宽的吸收光谱（800 1100nm）以及较宽的发射光谱（975 1200nm），可实现高功率输出［9］。

第37卷　第1期中　国　激　光Vo l .37,N o .12010年1月CHIN ESE JO URNA L OF LA SERSJanuary ,2010文章编号:0258-7025(2010)01-0166-05稀土掺杂双包层光纤的抽运吸收的测试傅永军1,2　毛向桥1,2　彭　健1,2　魏　淮1,2　郑　凯1,2　简水生1,21北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室,北京1000442北京交通大学光波技术研究所,北京100044摘要　包层抽运光纤激光器是大功率激光器的研究热点,而双包层光纤的抽运光吸收系数的准确测量,对于稀土掺杂包层抽运光纤激光器的设计至关重要。

从光纤中沿长度方向模式分布的角度理论上分析了如何准确测试包层抽运光纤的吸收系数,采用几种不同的方法对具有五边形内包层结构、低折射率材料作为外包层的双包层掺镱光纤的吸收系数进行了测试和分析。

要准确测量包层抽运光纤的吸收系数,就必须采用多模光纤作为参考光纤,在注入双包层光纤之前,使抽运光具有尽可能多的模式。

实验测试和理论分析结果表明,经过几米距离之后抽运吸收系数将变成线性。

抽运光在双包层光纤中的吸收是一个非线性到线性的过程。

关键词　光纤光学;稀土掺杂光纤;抽运光吸收系数;双包层光纤中图分类号　T N25 文献标识码　A doi :10.3788/CJL 20103701.0166Measure ment of Pump Absorption of Rare -Earth Dope dDouble -Clad FiberFu Yongjun1,2　Mao Xiangqiao 1,2　Peng Jian 1,2　Wei Huai 1,2Zheng Kai 1,2　Jian Shuisheng 1,21Key Laboratory of All Optical Net work &Advanced Telecommunication Network of Education Ministry of China ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China2Instit ut e of Lightwave Technology ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,ChinaAb stract Rare -earth doped c ladding pumped fiber for high power la ser has attracted great interest ,and the measurement of the pump absorption coeffic ient of the rare -earth doped double cla d fiber is important for the design of cladding pumped high power optic al fiber laser .To acquire the acc urate pump absorption coefficient of the double clad optical fiber ,measurement methods are talked about rely on the mode distribution a long the length of fiber .Some methods are c arried out to measure and ana lyze the double c lad ytterbium doped fiber with pentagon inner cladding and low refractive index polymer as second cladding .To precisely measure the pum p coefficients of the cladding pumped fiber ,the multi -mode optical fiber must be used as reference fiber for acquiring more modes before injecting into the double clad fiber .The result from the theory analysis and experimental measurement shows that the pump absorption is a process from nonlinear to linear .The pump absorption coefficient of the beginning segment is larger than the next segment ,and the pump absorption coefficient will be linear along the optica l fiber after some meters length fiber .Key words fiber optics ;rare -earth dope d fiber ;pum p absorption coeffic ient ;double clad optic al fiber 收稿日期:2008-10-31;收到修改稿日期:2009-04-01 基金项目:国家863计划(2004A A31G 200)和北京交通大学科技基金(2007X M 005)资助课题。

第17卷　第9期强激光与粒子束Vol.17,No.9 2005年9月H IGH POWER L ASER AND PA R TICL E B EAMS Sep.,2005　文章编号:　100124322(2005)0921341203包层泵浦f s光纤放大器的实验研究3沈　华1,2,　丁广雷1,2,　王屹山1,　赵　卫1(1.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西西安710068;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘　要:　在实验上对双包层光纤放大器进行了研究。

采用新型内包层为六边形的铒镱共掺双包层光纤作为放大介质,用带尾纤的半导体激光器进行泵浦,对f s光脉冲进行放大。

当用2.5W的入纤功率泵浦50cm长的双包层铒镱光纤时,把平均功率为10.8mW、重复频率20.84M Hz的激光放大到176mW,增益为12.2dB,相应的单脉冲能量为8.1nJ,放大后脉冲宽度为480f s,峰值功率为16kW。

关键词:　铒镱共掺;　双包层光纤;　f s脉冲;　光纤放大器 中图分类号:　TN248.1 文献标识码:　A f s激光脉冲具有极高的峰值功率,与物质相互作用会产生许多新现象和新研究领域,如强光光学、超快速非线性光学、光孤子通信、T Hz脉冲雷达、多光子电离、激光等离子体等。

对于波长1.5μm的通讯波段,f s激光脉冲由于它极短的脉冲宽度和与之相伴的宽带宽,将为提高光学时分复用和波分复用的信道数目提供方便,从而大大增加光纤通讯的容量。

目前普通的f s光纤激光器件主要采用单模光纤作为激光介质,对泵浦源的激光模式要求高,并且泵浦功率不高,耦合效率低,输出功率只有几mW,这比f s固体激光器低几个数量级。

掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声小、偏振不敏感、输出功率大、与传输速率无关等特点,能补偿长距离传输后光纤的损耗。

1985年英国南安普顿大学首先研制了掺铒光纤放大器[1]。

双包层铒镱共掺光纤放大器增益钳制效果研究
付翔;占生宝;彭靳
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2013(37)11
【摘要】基于速率方程的离散算法,采用环形腔增益控制方案,实现了对双包层
Er3+/Yb3+光纤放大器增益钳制的分析,研究了增益和噪声指数钳制随衰减器衰减系数的变化关系.结果表明,随着衰减器衰减系数的逐渐增大,EYDFA的增益钳制范围逐渐增大,但增益钳制幅度逐渐减小;随着衰减器衰减系数的增大,EYDFA的输出噪声指数逐渐增大,由此影响输出信号质量.
【总页数】3页(P27-29)
【作者】付翔;占生宝;彭靳
【作者单位】滁州学院,安徽滁州239000;合肥工业大学,合肥230000;滁州学院,安徽滁州239000
【正文语种】中文
【中图分类】TN253
【相关文献】
1.镱铒共掺光纤放大器真空下温度对增益的影响 [J], 李伢琴;单欣;郧建平;艾勇
2.铒镱共掺光纤放大器增益特性研究 [J], 罗瑞芳
3.915 nm泵浦混合掺铒/铒镱共掺双包层光纤放大器 [J], 王国政;王蓟;孟海螺;李楠;彭以新;张云琦;刘亮;端木庆铎
4.级联双包层铒镱共掺光纤放大器的性能分析 [J], 吴粤湘;马晓明;赵晓吉
5.级联双包层铒镱共掺光纤放大链路的增益瞬态及控制研究 [J], 丁健;秦知红;占生宝;汤慧娟
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附录A（规范性附录）内包层直径试验方法A.1 概述本方法适用于双包层铒镱共掺光纤内包层直径的测试。

双包层铒镱共掺光纤内包层形状涉及多种多边形，应根据被测光纤内包层实际情况对其内包层直径进行测试。

当双包层铒镱共掺光纤内包层为N（N＞3）边形时，取任意连续不同的三条边进行切线圆拟合，共取3次，取3次拟合圆直径平均值作为内包层直径。

并取中间值拟合圆圆心作为内包层中心与纤芯计算纤芯/内包层同心度误差。

例如，六边形内包层光纤6条边依次为L1、L2、L3、L4、L5、L6，则可取L1、L2、L3三边，取L2、L3、L4三边，取L3、L4、L5三边分别作切线圆。

如图B.1所示。

图A.1 六边形内包层切线圆示意图图A.2是典型的八边形内包层双包层铒镱共掺光纤结构示意图图A.2 典型的八边形内包层双包层铒镱共掺光纤结构示意图A.2 测量设备A.2.1 光学显微镜采用具备配套几何尺寸拟合软件的光学显微镜。

A.3 试样制备A.3.1 端面处理剥去光纤一端的涂覆层，清洗干净，用专用光纤切割刀处理端面。

A.3.2 光纤放置将光纤放置在光学显微镜下通过程序拟合多边形切线圆。

A.4 测试条件在测量期间，温度15℃~35℃，湿度45%~60%。

A.5 测试步骤A.5.1 接通测量系统相关仪器的电源，按规定进行预热。

A.5.2 把制备好端面的被测光纤放置在光纤显微镜中。

A.5.3 调整焦距及位置，保证被测光纤端面处于显微镜正中。

A.5.4 用拟合软件连续3次对不同三边进行切线圆拟合，并计算对应切线圆直径分别为D1、D2、D3。

A.5.5 取三个切线圆直径均值作为内包层直径D。

A.6 计算内包层直径计算见公式（B.1）：()………………………………………………(A.1)式中：D—内包层直径；D1—（L1、L2、L3）三边切线圆直径，单位为微米（μm）；D2—（L2、L3、L4）三边切线圆直径，单位为微米（μm）；D3—（L3、L4、L5）三边切线圆直径，单位为微米（μm）。

一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法摘要：双包层增益光纤是一种广泛应用于光通信和光纤传感领域的重要器件。

为了准确测量其泵浦吸收系数，本文提出了一种测试方法。

该方法通过设计一套实验装置，利用激光器和功率计实现对双包层增益光纤泵浦吸收系数的测量。

实验结果表明，该方法具有较高的准确性和可行性，能够为双包层增益光纤的研究和应用提供参考。

1. 引言双包层增益光纤是一种具有较高增益和较低噪声的光纤器件，广泛应用于光通信和光纤传感领域。

其性能的优劣直接影响光纤系统的传输质量和信号传输距离。

而泵浦吸收系数是评价双包层增益光纤性能的重要指标之一。

2. 方法为了测试双包层增益光纤泵浦吸收系数，我们设计了一套实验装置。

该装置由激光器、功率计、光纤样品和光路控制部分组成。

我们选择合适的激光器作为泵浦光源，其波长和功率需与双包层增益光纤的工作要求相匹配。

然后，将激光器输出光纤与待测光纤样品相连，通过调节光路控制部分，使得激光器的输出光纤泵浦样品，实现能量的传输。

接下来，我们使用功率计测量泵浦光纤在样品中的吸收功率。

通过多次测量，取平均值，得到泵浦吸收系数。

同时，需要将功率计的响应特性考虑在内，进行修正。

3. 结果与讨论我们使用上述方法测试了几个不同样品的双包层增益光纤泵浦吸收系数，并进行了数据分析和讨论。

实验结果表明，该方法能够准确测量双包层增益光纤的泵浦吸收系数。

通过对不同样品进行测试，我们发现不同材料和结构的双包层增益光纤具有不同的泵浦吸收性能。

这对于研究和优化双包层增益光纤的性能具有重要意义。

我们还发现波长和功率对双包层增益光纤的泵浦吸收系数有一定的影响。

在实际应用中，需要根据具体的工作要求选择合适的波长和功率，以获得最佳的泵浦吸收效果。

4. 结论本文提出了一种测试双包层增益光纤泵浦吸收系数的方法，并通过实验验证了该方法的可行性和准确性。

该方法能够为双包层增益光纤的研究和应用提供参考，对于光通信和光纤传感等领域具有重要意义。

掺铥光纤纤芯掺杂浓度与吸收系数实验研究衣永青，梁小红，段云峰，王东波，宁鼎【摘要】以掺铥双包层光纤为例，主要介绍了用高温气相掺杂工艺制备高掺铥双包层光纤的工艺原理和工艺过程，对不同料路温度下铥的掺杂浓度进行了研究，重点研究了纤芯掺杂浓度与吸收系数的关系，通过研究找到了相关规律，为采用高温气相掺杂工艺制备高掺铥双包层光纤提供了依据。

【期刊名称】光通信技术【年(卷),期】2010(034)002【总页数】3【关键词】高温气相掺杂；Tm3+掺杂；吸收系数；双包层光纤0 引言掺杂光纤是一种向常规的石英玻璃基质中掺入稀土元素（如铒、镱、铥等）的特种光纤，主要用于研制光纤激光器和放大器。

由于有源光纤激光器具有高的能效比、输出光束质量好、输出波长范围宽、体积小、重量轻等优点[1]，近年来，有源光纤激光器取得了飞速发展，但随着输出功率的进一步提高，人们越来越发现人眼安全问题成为光纤激光器发展的重要问题，由于掺铥光纤激光器的发射波长在2μm附近，属于人眼安全波段范围[1]，所以掺铥光纤近几年发展迅速，成为研究热点。

铥，为镧系稀土元素，原子序数69。

光纤激光器的发射波长在2μm附近，能够实现1.6～2.1μm的调谐，是所有稀土离子中最宽的，其中2μm近红外长波段对人眼安全，保护视网膜不会受到高功率激光的照射，避免引发永久伤害和失去视力，可广泛应用于激光雷达、遥感技术以及激光医学、眼睛安全的近距离遥感、军事等领域。

由于掺铥光纤的这些重要应用价值，国外在掺铥光纤的研究方面发展迅速，经过短短几年，国际上双包层掺铥光纤和光纤激光器的研究飞速发展。

英国南安普敦大学和通讯研究室、德国汉堡技术大学、美国的Polaroid Corporation、Bell实验室、日本的NTT、Hoys以及俄罗斯的IREPolus公司均在掺稀土离子双包层光纤研究中取得了许多重要成果[2]。

随着对掺铥光纤研究的快速发展，对掺铥光纤的性能尤其是掺杂浓度和掺杂均匀性提出了更高的要求，掺杂物的浓度和掺杂均匀性对掺杂光纤的主动性功能有显著的影响[3]，目前国内有源光纤的制备主要采用MCVD工艺结合溶液掺杂技术，这种传统工艺方法存在光纤芯部的稀土离子掺杂浓度低、均匀性差等缺点。