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根据第2节中双程、后向抽运的掺铒光纤ASE宽带光源仿真结果,为了进一步优化ASE光源的光谱带宽,利用掺铒光纤的吸收和发射特性,在光源的输出端接上一段未抽运的掺铒光纤,利用该掺铒光纤的不同长度来调控宽带光源的输出光谱,该装置如图 5所示。
实验中以6 m长掺铒光纤为研究对象,其抽运功率设置为1 W,光纤反射镜系数设置为99%。在光隔离器输出端口,加入不同长度的未抽运掺铒光纤,探究其长度对宽带光源的影响。当未抽运铒纤的长度从1 m逐步增加至6 m时,对应得到的ASE光源光谱图如图 6a所示,对应的带宽变化如图 6b所示。
从图 6中可以看出,随着外接未抽运掺铒光纤长度的增加,输出光强逐渐增加,但1560 nm附近的光强比1530 nm附近的光强增加得快,因此呈现出前高后低、平坦、前低后高的变化过程。当未抽运掺铒光纤长度从1 m逐步增加至6 m时,其3 dB带宽依次为49.09 nm、51.10 nm、44.08 nm、39.07 nm、38.07 nm和26.05 nm, 如表 1所示。可以看出,未抽运掺铒光纤长度为2 m时,光谱平坦度最好,带宽为51.10 nm。
表 1 不同长度的未抽运掺铒光纤优化后的3 dB带宽
Table 1. Optimized 3 dB bandwidth of ASE spectra with different unpumped Er3+-doped fiber length
length of unpumped fiber/m 3 dB linewidth/nm 1 49.09 2 51.10 3 44.08 4 39.07 5 38.07 6 26.05 -
为了验证该装置的优化效果,搭建如图 5所示的ASE光源系统。掺铒光纤和未抽运掺铒光纤的长度分别为6 m和2 m(Nufern,EDFC-980-HA),FLM(上海瀚宇光纤通信有限公司)提供前向ASE的光反馈,光隔离器(上海瀚宇光纤通信有限公司)保证输出光的单向传输,在光源输出端利用光谱仪(Yokoga-wa公司,AQ6370C,分辨率0.02 nm)测量光谱。有、无外接2 m未抽运光纤的光谱实验结果对比如图 7a和图 7b所示。此时,位于1530 nm附近的峰被明显削弱,这是由于外接掺铒光纤的吸收特性,有效吸收位于1530 nm处的高峰,从而增加了光谱整体3 dB带宽。未优化前宽带光源线宽为5.96 nm,优化后该光源的3 dB线宽为50.31 nm,增加了44 nm。
图 7 a—优化后ASE宽带光源光谱 b—优化前ASE宽带光源光谱
Figure 7. a—the optimized spectrum of ASE source b—the unoptimized spectrum of ASE source
需要说明的是,本文中所用双程后向抽运方案虽然提高了ASE光源的带宽,未抽运2 m长掺铒光纤抑制了1530 nm附近尖峰抬升了L波段,但是,有源光纤和无源光纤的接头损耗、以及掺铒光纤宽带输出进入未抽运掺铒光纤时发射谱与吸收谱之间的关系[19],最终造成了1520 nm~1560 nm范围内ASE宽带光源输出功率整体下降,这和参考文献[17]中报道的结果一致。30 mW的980 nm光源抽运时,ASE宽带光源输出功率为4.13 mW,转换效率为14%。实现高平坦度、宽带宽大功率ASE宽带光源输出,需要额外增加一个980 nm光源前向抽运掺铒光纤,并结合抽运光纤和未抽运光纤之间的长度关系,优化调整两个抽运光源的功率比例,获得C波段和L波段的功率匹配,同时获得较高的光源输出功率。
掺铒光纤自发辐射宽带光源的带宽优化研究
Bandwidth optimization research of wide-band optical source with the Er3+-doped fiber amplified spontaneous emission
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摘要: 为了解决掺铒光纤放大自发辐射宽带光源的自然输出光谱中单峰造成的窄带宽问题, 采用双程、后向光源结构消除抽运光输出, 同时外接未抽运掺铒光纤以展宽可用带宽, 进行了理论分析和实验验证; 研究了掺铒光纤长度和光纤反射镜反射系数对光源输出光谱的影响, 分析了外接未抽运掺铒光纤的长度对光源带宽的优化效果。结果表明, 随着掺铒光纤长度的增加, 放大自发辐射光谱C波段逐渐降低, L波段逐渐抬升; 随着反射镜反射系数的增加, 放大自发辐射光谱带宽提高; 此外, 当抽运掺铒光纤和外接未抽运掺铒光纤的长度分别为6 m和2 m时, 放大自发辐射宽带光源输出带宽为50.31 nm, 和未采用外接掺铒光纤时相比, 带宽增加44 nm。上述研究结果可为宽带光源的性能优化提供参考。
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关键词:
- 光纤光学 /
- 光谱带宽优化 /
- 双程后向外接未抽运掺铒光纤 /
- 掺铒光纤 /
- 宽带光源
Abstract: In order to solve the natural narrow bandwidth of wide-bandwidth optical source with Er3+-doped fiber amplified spontaneous emission, the configuration of double-pass, backward pumped, and connected unpumped-fiber was proposed to eliminate the influence of pump source and broaden its bandwidth. The numerical simulation and experiment were carried out. The influence of Er3+-doped fiber length and reflection coefficient of fiber reflect mirror on the optical spectrum was analyzed in detail. The optimization effect of unpumped Er3+-doped fiber on the amplified spontaneous emission output spectrum was studied. The results show that, with increasing the length of pumped fiber, the C-band of the amplified spontaneous emission spectrum decreases slowly, and L-band raises. When the reflect coefficient of mirror increases, the bandwidth of amplified spontaneous emission was broadened correspondingly. The bandwidth of amplified spontaneous emission is 50.31 nm when the pumped and unpumped fiber is 6 m and 2 m respectively, which is improved 44 nm. All the results obtained could provide support for the design of wide-band optical source. -
表 1 不同长度的未抽运掺铒光纤优化后的3 dB带宽
Table 1. Optimized 3 dB bandwidth of ASE spectra with different unpumped Er3+-doped fiber length
length of unpumped fiber/m 3 dB linewidth/nm 1 49.09 2 51.10 3 44.08 4 39.07 5 38.07 6 26.05 -