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本论文主要探索Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐光纤放大器的增益及噪声性能。主要分为绪论、实验方法和基础、Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐中的理论建模、数值模拟和实验研究和结论五个部分。
绪论部分主要概述磷酸盐玻璃的独特结构以及由此决定的成玻性能、热稳定性和光谱性能。概述了Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐玻璃系统中的稀土离子特性,包括:Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐玻璃的结构和铒离子的能级、Er<3+>/Yb<3+>离子间的相互作用。同时介绍了掺铒光纤放大器(EDFA)的基本原理和结构、特点和应用概况、磷酸盐玻璃光纤放大器的研究进展,磷酸盐玻璃作为光纤放大器增益介质的优点。
论文的第二章介绍制备磷酸盐玻璃所需要的实验原料、仪器和具体的实验过程,重点介绍磷酸盐玻璃物理性能、热稳定性和光谱性能测试方法及原理。同时介绍了McCumber理论及光谱参数计算过程。最后介绍了光纤ASE谱和增益谱的测试方法。
论文的第三章主要介绍并提出了一个适用于三能级系统的Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐玻璃光纤放大器的速率方程和传输方程,可用于分析Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐玻璃光纤放大器的模型。在考虑上转换和交叉弛豫效应,忽略离子的自发辐射和激发态吸收的情况下,利用该模型可以分析Er<3+>浓度、Yb<3+>浓度及Er<3+>/Yb<3+>的比率、抽运光功率、信号光功率等对放大器增益的影响。同时利用该模型在考虑离子的自发辐射的情况下,还可以用于分析Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐玻璃光纤放大器的噪声特性。
第四章数值模拟了Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐光纤放大器的增益特性,讨论了Yb<3+>对掺Er<3+>磷酸盐光纤的敏化作用及Er<3+>/Yb<3+>浓度比、纤芯半径、抽运功率、光纤长度等参量与光纤增益之间的关系,并与实验研究中测得的Er<3+>/Yb<3+>共掺磷酸盐光纤的增益进行了比较,同时对光纤放大器的噪声也进行了分析。