光波導(dǎo)放大器原理和進展

光波導(dǎo)放大器原理和進展第一頁，共二十頁，2022年，8月28日主要介紹內(nèi)容光波導(dǎo)器件光波導(dǎo)放大器工作原理

光波導(dǎo)放大器新進展第二頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(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)器件最大特點是在原理上能將多個基本元件集成在一個基底上。

第三頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)器件

光波導(dǎo)器件基本結(jié)構(gòu)（以平面光波導(dǎo)為例）第四頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(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)第五頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)器件

不同材料光波導(dǎo)優(yōu)缺點比較：

硅(Silica)高分子(Polymer)磷化銦(IndiumPhosphide)鈮酸鋰(LithiumNiobate)硅化合物(Silicon)優(yōu)點與光纖有較好的光學(xué)相容性(低損失)可以連續(xù)地改變特性可與有源元件作整合在調(diào)制器、交換器和波導(dǎo)上的之功能強高反射率差(smalldevicesize)熱穩(wěn)定性高熱反應(yīng)速率快高反射率差(smalldevicesize)可摻雜高濃度的雜質(zhì)，有利于波導(dǎo)放大器與電子IC制程相容與有源元件整合容易缺點折射率范圍有限(largerdevice)介面與波導(dǎo)損失大制造成本高無法發(fā)射、偵測或放大光高插入損失溫、濕度敏感性大高插入損失需指出的是，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。第六頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)放大器原理光波導(dǎo)放大器的信號放大作用是利用光波導(dǎo)摻入的稀土離子在抽運光作用下的受激輻射實現(xiàn)的。

第七頁，共二十頁，2022年，8月28日以摻鉺光波導(dǎo)放大器為例說明：第八頁，共二十頁，2022年，8月28日Cooperativeupconversionandenergytransfer

第九頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)放大器新進展

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)

第十頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)放大器新進展

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。第十一頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)放大器新進展

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：傳輸損耗低、與光纖的耦合損耗也小

缺點：稀土元素在有機聚合物中的溶解度小

第十二頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)放大器新進展

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)的有效長度,從而提高放大器的增益。第十三頁，共二十頁，2022年，8月28日光波導(dǎo)放大器新進展

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。第十四頁，共二十頁，2022年，8月28日新型結(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)長度,從而提高增益,目前已有彎曲波導(dǎo)放大器成品報道,其模塊可以在1535nm波長窗口獲得27dB的增益,面積只有79mm×35mm,波導(dǎo)長度為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波長窗口獲得15dB增益,其面積為130mm×11mm。第十五頁，共二十頁，2022年，8月28日新型結(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,使光信號增益最大。無源部分采用不摻雜的硅酸鹽玻璃,使損耗最小。據(jù)報道,粘合損耗小于0.3dB。目前這種放大器小信號增益可達10dB,噪聲指數(shù)小于5dB。小信號(-10dBm)無損帶寬為15nm,大信號(0dBm)無損帶寬為6nm。第十六頁，共二十頁，2022年，8月28日新型結(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)長度為2mm,寬度從6.5μm漸變到9μm,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,在波導(dǎo)內(nèi)仍然可以保持信號與抽運光的單模傳輸,抽運和信號的重疊因子基本保持不變。第十七頁，共二十頁，2022年，8月28日未來光波導(dǎo)放大器研究內(nèi)容和主要發(fā)展方向更寬的帶寬來實現(xiàn)多信道的光放大,更高的功率放大來實現(xiàn)超常距離的信號傳輸,單位長度高增益、寬帶寬材料的進一步研究成為重點。光波導(dǎo)放大器的設(shè)計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)進行。

第十八頁，共二十頁，2022年，8月28日主要參考文獻

[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)放大器的理論與實驗研究光學(xué)學(xué)報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2005年11月第19期第11期

[4]佟會,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,官周國,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)放大器研究進展光通信技術(shù)2005年第7期

[8]陳海燕，劉永智.1.55μm光波導(dǎo)放大器最新進展激光與紅外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.“N