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3.3.1 光纤激光器基本结构 3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质：掺杂稀土离子光纤

腔镜. 腔镜. 泵浦光. 掺杂光纤. 输出激光. 光纤激光器结构示意图. 3.3.1 光纤激光器基本结构 3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质：掺杂稀土离子光纤 稀土元素： 钕（ Nd ）、铒（ Er ）、镱（ Yb ） 、铥（ Tm ）、钬（ Ho ）、钐（ Sm ）、钍（ Tu ）. 高能态. 4 I 11/2. 无辐射跃迁. 4 I 13/2. 亚稳态. 980nm 泵浦. 1480nm 泵浦. 1550nm. 4 I 15/2. 基态. 铒离子（ Er 3+ ）能级结构.

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3.3.1 光纤激光器基本结构 3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质：掺杂稀土离子光纤

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Presentation Transcript

  1. 腔镜 腔镜 泵浦光 掺杂光纤 输出激光 光纤激光器结构示意图 3.3.1 光纤激光器基本结构 3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质：掺杂稀土离子光纤 稀土元素：钕（Nd）、铒（Er）、镱（Yb） 、铥（Tm）、钬（Ho）、钐（Sm）、钍（Tu）

  2. 高能态 4I11/2 无辐射跃迁 4I13/2 亚稳态 980nm泵浦 1480nm 泵浦 1550nm 4I15/2 基态 铒离子（Er3+）能级结构 1. 三能级系统的能级结构

  3. 4G7/2 2. 四能级系统的能级结构 激发态吸收 1330nm 4F5/2 高能态 无辐射跃迁 4F3/2 亚稳态 800nm 泵浦 920nm 1060nm 1350nm 4I15/2 4I13/2 下能级 4I11/2 4I9/2 基态 钕离子（Nd3+）能级结构

  4. 1G4 1060nm泵浦 480nm 3F2 3H4 1060nm泵浦 3H5 3F4 1060nm泵浦 3H6 铥离子（Tm3+）上转换能级图 高能态 3.上转换系统的能级结构 基态

  5. 腔镜 腔镜 掺杂光纤 光纤激光器Fabry-Perot腔结构示意图 3.3.3 光纤激光器谐振腔结构 1. Fabry-Perot腔

  6. 环形镜 光纤光栅Fabry-Perot腔 环形镜 光纤环形镜Fabry-Perot腔

  7. Sagnac干涉仪 环形镜反射率R为：R=4f(1-f)

  8. pump ISO PC WDM output Doped fiber 环形腔光纤激光器结构图 2. 环形腔

  9. EDF 980/1550 nm WDM pump laser PC filter coupler ISO output 窄带滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图

  10. 光纤光栅滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图光纤光栅滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图

  11. 并列光栅型环形腔掺铒光纤激光器结构图

  12. 3.3.4 喇曼光纤激光器 1. 受激喇曼散射 1928年，印度物理学家C. V. Raman发现光通过透明溶液时，有一部分光被散射，其频率与入射光不同。频率位移与发生散射的分子结构有关。这种散射称为喇曼散射，散射光称为Stokes波，频率位移称为喇曼频移。 量子力学描述为：入射光波的光子被介质分子散射成为低频光子，同时将剩余能量转移给分子振动产生的声子，分子完成两个振动态之间的跃迁。

  13. 若在光纤中输入泵浦光，经过分子的散射作用，产生Stokes频移光。当输入信号光的频率与Stokes波的频率相同时，光信号得到增强。若在光纤中输入泵浦光，经过分子的散射作用，产生Stokes频移光。当输入信号光的频率与Stokes波的频率相同时，光信号得到增强。 对于纯石英光纤，喇曼增益最大值对应的频率是由泵浦频率下移13.2THz (440cm-1)。 1.45m→ 1.55m 掺磷光纤的喇曼频移是1330cm-1 石英的喇曼增益谱

  14. P-doped 1480nm 1480nm 1240nm 1240nm 1070nm 2. 级联喇曼光纤激光器 SMF+ 1070nm 1400nm 1240nm 1240nm 1310nm 1400nm 1310nm

  15. 3.4 光放大器 3.4.1 分类

  16. 3.4.2 掺杂光纤放大器 • 掺铒光纤放大器（EDFA） • 放大基理 自发辐射 放大的自发辐射(ASE) 受激辐射

  17. 1565nm 1530nm 掺铒光纤增益曲线 G(dB) λ

  18. (2) 结构 掺铒光纤放大器结构图

  19. (3) 特性 i. 增益 小信号增益和饱和增益 ii. 噪声系数 输出信噪比与输出信噪比的比值。

  20. (3) 应用

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