近些年来，光纤损耗成为了光纤通信系统中的主要障碍，因而工作在1530nm光通信波段的掺铒光波导放大器（EDWA）由于它在集成光电子学中对于放大光信号和损耗补偿方面的应用受到了广泛重视。我们实验室主要致力于掺铒光波导的研究，目前已经用银－钠离子交换方法成功制备了光波导，下一步就是制备铒镱共掺的波导放大器，本论文是关于铒镱共掺波导放大器的理论研究，目的是为下一步要制备的铒镱共掺光波导放大器给出一个理论上的指导。集成光波导放大器的增益路径与光纤放大器相比短得多，通常为几个厘米，因此大的掺铒浓度和甭浦功率是必须的，然而这些因素增加了由于离子间的相互作用导致的合作上转换过程等导致的荧光的淬灭。另一方面，当波导中只掺杂铒离子时波导的980nm泵浦不是十分有效的，因为这个波长铒的吸收截面不大。通过在基质中同时掺入敏化剂离子镱可以降低浓度淬灭并且提高980nm泵浦的效率，这是因为镱的2F5/2-2F7/2跃迁的吸收截面约为铒的2I15/2-2I13/2跃迁的十倍，镱离子吸收绝大部分泵浦功率并通过交叉弛豫把能量共振转移给铒离子使铒离子跃迁到2I11/2能级，从而提高了泵浦效率。除了制备波导放大器外，设计高效率的波导放大器也非常重要。在本篇论文中，分析设计了高掺铒浓度的铒镱共掺波导放大器，其中考虑<WP=80>了合作上转换效应，背影损耗，铒镱之间的交叉弛豫等因素。利用数值方法求解了基于传输方程和粒子数速率方程的放大器模型，计算过程中使用了四阶龙格－库塔方法和逐级迭代法，泵浦和信号光的模场分布由有效折射率法计算。论文还讨论了放大器增益与波导长度，铒掺杂浓度，入射泵浦功率的关系，得到了优化的掺铒浓度、波导长度和放大器最大增益。考虑980nm泵浦时的多能级系统，各能级以及相关跃迁如图(1)所示。图1铒镱共掺系统能级图 (1) <WP=81> (2)由能级图并且根据粒子数守恒可以写出它的速率方程如上式(1)和(2), 其中，，，分别为铒的4I15/2 ，4I13/2，4I11/2，4I9/2能级的粒子数密度， ，分别为镱的2F7/2, 2F5/2能级的粒子数，，分别为铒和镱的总粒子数密度，Cup为亚稳态的合作上转换系数，Ccr为铒镱间的交叉弛豫系数。Aij表示离子的辐射或非辐射衰减几率，并由下式(3)给出，其中为离子从i能级衰减到j能级的寿命。 (3)R和W因子表示在泵浦光和信号光波长的受激辐射和吸收跃迁，由(4)式给出： (4)这里 和分别为泵浦和信号频率，h是普朗克常数，和分别为泵浦和信号光强，和是吸收和发射截面。稳态下泵浦光和信号光在沿波导传播过程中满足传输方程(5)： <WP=82> (5)这里 和分别为泵浦光和信号光的传输功率， 、可以表示为： (6)A为光波导的导波区横截面面积，分别为泵浦光和信号光横截面的归一化光强分布。最后得到波导放大器的信号光增益为： (7)通过放大器模拟，结果表明，掺杂镱离子后，对放大器不利的合作上转换效应减小了，泵浦效率也得到了提高，掺铒光波导放大器的增益特性得到了改善。在980nm泵浦时，通过对各种条件的优化，波导长度为5cm，掺铒浓度为3×1026/m3，镱离子浓度为1.95×1027/m3，泵浦功率为10mw条件下，得到了11.612dB的增益。