光纖通信網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論

光纖通信網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論（1）動態(tài)單縱模窄線寬振蕩（2）波長穩(wěn)定性好（3）頻率和強度噪聲低（4）邊模抑制比高

(5)啁啾DFB激光器的特點：2.分布布喇格反射(DBR：DistributedBraggReflection)半導(dǎo)體激光器DBR半導(dǎo)體激光器示意圖

DBR激光器的特點：反射器和增益區(qū)分離，所以可以分別控制DBR激光器的輸出功率（通過改變流過激射區(qū)的電流）和發(fā)射波長（通過改變流過光柵段的電流）。所以DBR激光器比DFB激光器更易于控制和調(diào)整。3.量子阱(QW：QuantumWell)半導(dǎo)體激光器多量子阱、漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱、帶有超晶格緩沖層的漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱量子阱激光器能帶示意圖

多量子阱漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱帶有超晶格緩沖層的漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱QW激光器的優(yōu)點：(1)閾值電流低。由于量子阱的作用，有源區(qū)內(nèi)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)濃度很高，因而大大降低了閾值電流，從而功耗低、溫度特性好。(2)與普通半導(dǎo)體激光器相比，譜線線寬可以縮小一半。(3)頻率啁啾小，動態(tài)單縱模特性好，橫?？刂颇芰?。4.垂直腔面發(fā)光激光器(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)

電流和發(fā)射光束方向都與芯片表面垂直VCSEL結(jié)構(gòu)示意圖垂直腔面發(fā)光激光器的優(yōu)點：發(fā)光效率很高；工作閾值極低；動態(tài)單縱模運轉(zhuǎn)；溫度穩(wěn)定性高；壽命長，可達(dá)1.4×106小時；可任意配置高密度激光器陣列；與不同芯徑的光纖匹配損耗低；價格低。3.3光纖激光器

半導(dǎo)體激光器的缺點：半導(dǎo)體激光器對溫度敏感。環(huán)境溫度的變化和注入電流的熱效應(yīng)都會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為激光器的結(jié)發(fā)熱效應(yīng)。為此必須采取各種復(fù)雜的控制措施和插入各種必要的輔助設(shè)備。半導(dǎo)體激光器與光纖的耦合比較困難，需要很高的工藝水平，即便如此，仍有較大的耦合損耗。某些半導(dǎo)體激光器在一定注入電流下，輸出光會出現(xiàn)自脈動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著激光器的高速脈沖調(diào)制性能。半導(dǎo)體激光器一致性很差，因此在作為WDM系統(tǒng)用光源時篩選難度大。稀土元素：釹（Nd）、鉺（Er）、鐿（Yb）、銩（Tm）、鈥（Ho）、釤（Sm）、釷（Tu）分布布喇格反射(DBR：DistributedBraggReflection)半導(dǎo)體激光器垂直腔面發(fā)光激光器的優(yōu)點：半導(dǎo)體激光器一致性很差，因此在作為WDM系統(tǒng)用光源時篩選難度大。2增益介質(zhì)與能級結(jié)構(gòu)光纖激光器與常規(guī)光纖具有自然的通融性和兼容性，因此易于進行光纖集成，與通信線路耦合損耗低，使用方便可靠。增益介質(zhì)：摻雜稀土離子光纖(3)頻率啁啾小，動態(tài)單縱模特性好，橫?？刂颇芰?。1光纖激光器基本結(jié)構(gòu)而光纖結(jié)構(gòu)具有較高的面積－體積比，所以其散熱效果很好。漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱半導(dǎo)體激光器一致性很差，因此在作為WDM系統(tǒng)用光源時篩選難度大。若在光纖中輸入泵浦光作為入射光，經(jīng)過分子的散射作用，產(chǎn)生Stokes頻移光。2THz(440cm-1)。光纖環(huán)形鏡Fabry-Perot腔光纖激光器的優(yōu)點：光纖激光器具有波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，可以在光纖纖芯中產(chǎn)生較高的功率密度，使得激光效率大幅度提高；它所基于的SiO2光纖的生產(chǎn)工藝現(xiàn)在也已經(jīng)非常成熟，可以制作出高精度、低損耗的光纖。光纖激光器基質(zhì)是SiO2，具有極好的溫度穩(wěn)定性；而光纖結(jié)構(gòu)具有較高的面積－體積比，所以其散熱效果很好。光纖激光器與常規(guī)光纖具有自然的通融性和兼容性，因此易于進行光纖集成，與通信線路耦合損耗低，使用方便可靠。3.3.1光纖激光器基本結(jié)構(gòu)3.3.2增益介質(zhì)與能級結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)：摻雜稀土離子光纖稀土元素：釹（Nd）、鉺（Er）、鐿（Yb）、銩（Tm）、鈥（Ho）、釤（Sm）、釷（Tu）泵浦光摻雜光纖腔鏡腔鏡輸出激光光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖釹離子（Nd3+）能級結(jié)構(gòu)Dopedfiber若在光纖中輸入泵浦光作為入射光，經(jīng)過分子的散射作用，產(chǎn)生Stokes頻移光。畫圖說明如何利用環(huán)行器測量FBG的反射譜。漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱(5)啁啾與不同芯徑的光纖匹配損耗低；某些半導(dǎo)體激光器在一定注入電流下，輸出光會出現(xiàn)自脈動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著激光器的高速脈沖調(diào)制性能。釹離子（Nd3+）能級結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器與光纖的耦合比較困難，需要很高的工藝水平，即便如此，仍有較大的耦合損耗。光纖激光器具有波導(dǎo)式結(jié)構(gòu)，可以在光纖纖芯中產(chǎn)生較高的功率密度，使得激光效率大幅度提高；量子阱激光器能帶示意圖環(huán)境溫度的變化和注入電流的熱效應(yīng)都會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為激光器的結(jié)發(fā)熱效應(yīng)。半導(dǎo)體激光器對溫度敏感。環(huán)形鏡反射率R為：R=4f(1-f)1.三能級系統(tǒng)的能級結(jié)構(gòu)鉺離子（Er3+）能級結(jié)構(gòu)4I11/24I13/24I15/2980nm泵浦1480nm泵浦無輻射躍遷1550nm基態(tài)高能態(tài)亞穩(wěn)態(tài)2.四能級系統(tǒng)的能級結(jié)構(gòu)釹離子（Nd3+）能級結(jié)構(gòu)4G7/24F5/24F3/24I15/24I13/24I11/24I9/2800nm泵浦920nm1060nm1350nm激發(fā)態(tài)吸收1330nm無輻射躍遷下能級高能態(tài)亞穩(wěn)態(tài)基態(tài)3.

上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能級結(jié)構(gòu)1060nm泵浦1060nm泵浦480nm1G43F23H43H53F43H61060nm泵浦銩離子（Tm3+）上轉(zhuǎn)換能級圖高能態(tài)基態(tài)3.3.3光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)1.Fabry-Perot腔

摻雜光纖腔鏡腔鏡光纖激光器Fabry-Perot腔結(jié)構(gòu)示意圖光纖光柵Fabry-Perot腔環(huán)形鏡環(huán)形鏡光纖環(huán)形鏡Fabry-Perot腔為此必須采取各種復(fù)雜的控制措施和插入各種必要的輔助設(shè)備。半導(dǎo)體激光器一致性很差，因此在作為WDM系統(tǒng)用光源時篩選難度大。漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱3光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)(5)啁啾并列光柵型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖半導(dǎo)體激光器一致性很差，因此在作為WDM系統(tǒng)用光源時篩選難度大。量子阱(QW：QuantumWell)半導(dǎo)體激光器(3)頻率啁啾小，動態(tài)單縱模特性好，橫?？刂颇芰姟ｂS離子（Nd3+）能級結(jié)構(gòu)它所基于的SiO2光纖的生產(chǎn)工藝現(xiàn)在也已經(jīng)非常成熟，可以制作出高精度、低損耗的光纖。1光纖激光器基本結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度的變化和注入電流的熱效應(yīng)都會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為激光器的結(jié)發(fā)熱效應(yīng)。增益介質(zhì)：摻雜稀土離子光纖光纖激光器基質(zhì)是SiO2，具有極好的溫度穩(wěn)定性；環(huán)形鏡反射率R為：R=4f(1-f)Sagnac干涉儀2.環(huán)形腔PCISODopedfiberWDMoutputpump環(huán)形腔光纖激光器結(jié)構(gòu)圖980/1550nmWDMEDFpumplaseroutputISO窄帶濾波器型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖filtercouplerPC光纖光柵濾波器型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖(5)啁啾漸變折射率波導(dǎo)限制型單量子阱量子阱(QW：QuantumWell)半導(dǎo)體激光器釹離子（Nd3+）能級結(jié)構(gòu)畫圖說明如何利用環(huán)行器測量FBG的反射譜。2增益介質(zhì)與能級結(jié)構(gòu)而光纖結(jié)構(gòu)具有較高的面積－體積比，所以其散熱效果很好。環(huán)形腔光纖激光器結(jié)構(gòu)圖并列光柵型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖電流和發(fā)射光束方向都與芯片表面垂直光纖激光器Fabry-Perot腔結(jié)構(gòu)示意圖畫圖說明如何利用環(huán)行器測量FBG的反射譜。光纖激光器基質(zhì)是SiO2，具有極好的溫度穩(wěn)定性；(2)與普通半導(dǎo)體激光器相比，譜線線寬可以縮小一半。半導(dǎo)體激光器對溫度敏感。并列光柵型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖分別簡要說明普通單模光纖、色散位移光纖、非零色散位移光纖、色散補償光纖的主要特點。畫圖說明如何利用環(huán)行器測量FBG的反射譜。畫出子午光線入射到多模階躍折射率光纖端面后的傳播軌跡。光源光譜儀練習(xí)3.3.4拉曼光纖激光器1.受激拉曼散射

1928年，印度物理學(xué)家C.V.Raman發(fā)現(xiàn)光通過透明溶液時，有一部分光被散射，其頻率與入射光不同。頻率位移與發(fā)生散射的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。這種散射稱為拉曼散射，散射光稱為Stokes波，頻率位移稱為拉曼頻移。量子力學(xué)描述為：入射光波的光子被介質(zhì)分子散射成為低頻光子，同