利用级联结构降低掺铒光纤中慢光传输损耗的研究

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光速减慢传输近些年成为人们研究的热点话题,引来了多数学者、专家的研究兴趣。众所周知,光的传输速度为2.99792458×108 m/s,是全宇宙中最快的速度,而且一直以不可改变的速度传输着。在光信号未被人们研究以前,电传输是十分重要的信号传输方式,后被其取代。相比于电信号,光信号传输范围广,搭载信息量大,不易受干扰等优点。近年来,人们一直致力于研究非线性光学晶体材料中的慢光理论。所用到的材料有掺铥光纤、掺镱光纤、红宝石、紫翠宝石晶体以及掺铒光纤等等,在这些材料中均有慢光现象的出现。但实际上光在经过一定的传输后能量在一定程度上发生衰减,这在很大程度上限制了慢光传输技术的发展。掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)的出现正好可以弥补光功率损耗带给人们的问题。因此,通过EDFA放大光信号在传输过程中的功率,使其在应用中达到更高的效率。与其他的方法相比,掺铒光纤具有室温操作,延时可控,器件体积小,装置简单和可实现高效探测等优势,很具有发展前途。本文主要针对在保证慢光时间延迟的基础上使用EDFA进行光功率放大的理论分析进行模拟和仿真计算。因此就需要研究一些实际应用问题,譬如输出信号光功率与泵浦的放置方式及泵浦和光纤一些参数的关系。本文的具体研究内容包括:简单介绍慢光传输损耗的相关参数。扼要阐述了慢光传输损耗的理论基础原理。根据相干布居振荡效应(Coherent Population Oscillation,CPO),选取铒离子的三能级系统,从铒离子的亚稳态速率方程和传输方程出发,对降低1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤下的光速减慢传输损耗进行理论研究。基于理论,通过对1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤下的增益曲线进行讨论,可以更好的判断掺铒光纤介质处于吸收状态还是增益状态,从而判断光速表现为减慢传播还是超前传播。然后对1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤、1480nm与980nm混合泵浦单掺铒光纤结构所产生的功率损耗进行比较。得出随着泵浦功率比(Pump ratio,PR=P1480:P980)的增加,前者产生的功率损耗更小。通过对1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤泵浦放置方式进行改变,所获得的输出信号光功率也明显不同。得出1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤前前放置的输出信号光功率较大。这就导致其损耗系数较小且产生的时间延迟较大。在泵浦功率比为1,1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤前前放置结构中的情况下,长度比(Length ratio,LR=L1:L2,其中L1、L2分别代表1480nm与980nm混合泵浦级联结构掺铒光纤中第一级光纤长度和第二级光纤长度)较小的时候,输出信号光功率变得较大,信号光损耗系数相应很小。最后对于优化慢光损耗提出了一种全新结构——双1480nm混合泵浦级联结构掺铒光纤,通过比较分析得到在双1480nm混合泵浦级联结构掺铒光纤在降低输出信号光功率损耗的表现更加明显。
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