光纖通信網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論第1頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）動(dòng)態(tài)單縱模窄線寬振蕩（2）波長(zhǎng)穩(wěn)定性好（3）頻率和強(qiáng)度噪聲低（4）邊模抑制比高

(5)啁啾DFB激光器的特點(diǎn)：第2頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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

第3頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DBR激光器的特點(diǎn)：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(guò)改變流過(guò)激射區(qū)的電流）和發(fā)射波長(zhǎng)（通過(guò)改變流過(guò)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。第4頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)限制型單量子阱第5頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月QW激光器的優(yōu)點(diǎn)：(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(dòng)態(tài)單縱模特性好，橫模控制能力強(qiáng)。第6頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)示意圖第7頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月垂直腔面發(fā)光激光器的優(yōu)點(diǎn)：發(fā)光效率很高；工作閾值極低；動(dòng)態(tài)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)；溫度穩(wěn)定性高；壽命長(zhǎng)，可達(dá)1.4×106小時(shí)；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(jià)格低。第8頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3光纖激光器

半導(dǎo)體激光器的缺點(diǎn)：半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度敏感。環(huán)境溫度的變化和注入電流的熱效應(yīng)都會(huì)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(huì)出現(xiàn)自脈動(dòng)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(shí)篩選難度大。第9頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)：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(jìn)行光纖集成，與通信線路耦合損耗低，使用方便可靠。第10頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(jí)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)示意圖第11頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.三能級(jí)系統(tǒng)的能級(jí)結(jié)構(gòu)鉺離子（Er3+）能級(jí)結(jié)構(gòu)4I11/24I13/24I15/2980nm泵浦1480nm泵浦無(wú)輻射躍遷1550nm基態(tài)高能態(tài)亞穩(wěn)態(tài)第12頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.四能級(jí)系統(tǒng)的能級(jí)結(jié)構(gòu)釹離子（Nd3+）能級(jí)結(jié)構(gòu)4G7/24F5/24F3/24I15/24I13/24I11/24I9/2800nm泵浦920nm1060nm1350nm激發(fā)態(tài)吸收1330nm無(wú)輻射躍遷下能級(jí)高能態(tài)亞穩(wěn)態(tài)基態(tài)第13頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的能級(jí)結(jié)構(gòu)1060nm泵浦1060nm泵浦480nm1G43F23H43H53F43H61060nm泵浦銩離子（Tm3+）上轉(zhuǎn)換能級(jí)圖高能態(tài)基態(tài)第14頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)示意圖第15頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵Fabry-Perot腔環(huán)形鏡環(huán)形鏡光纖環(huán)形鏡Fabry-Perot腔第16頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)形鏡反射率R為：R=4f(1-f)Sagnac干涉儀第17頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.環(huán)形腔PCISODopedfiberWDMoutputpump環(huán)形腔光纖激光器結(jié)構(gòu)圖第18頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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第19頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵濾波器型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖第20頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月并列光柵型環(huán)形腔摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)圖第21頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分別簡(jiǎn)要說(shuō)明普通單模光纖、色散位移光纖、非零色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖的主要特點(diǎn)。畫圖說(shuō)明如何利用環(huán)行器測(cè)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)第22頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(guò)透明溶液時(shí)，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，同時(shí)將剩余能量轉(zhuǎn)移給分子振動(dòng)產(chǎn)生的聲子，分子完成兩個(gè)振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。第23頁(yè)，課件共24頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若在光纖中輸入泵浦光作為入射光，經(jīng)過(guò)分子的散射作用，產(chǎn)生Stokes頻移光