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现下用的掺铒石英光纤放大器因其使用的增益带宽只有在C波段(1530nm~1565nm)增益带宽,相对比较窄,只覆盖了石英单模光纤低损耗窗口的一小部分,大大约束了光纤固有可以容纳的波长信道数[15]。所以L波段材料的研发,就成为了现下研究的最具价值的课题。L波长EDFA具备增大信号放大带宽,传递在1570~1605nm附近现下研究者得到了掺Er3+碲酸盐玻璃。被认为是提在1.54μm荧光半峰全宽达70nm,高密集波分复用的1.54μm放大波段传输容量的相对优异的基质材料。43766
图1.1 Er3+的简单能级结构
由于Er3+在1.5μm的发光对人眼安全，可用于LD抽运的小型高效人眼安全测距；位于大气第三个传输窗口，对烟雾的穿透能力特别强，适用于战场的传输测距。另外，1.5μm对应于光纤和大气通信的低衰减、低色散窗口，与当前的通信网络系统有很好的匹配兼容性，在通信上具有良好的应用前景。所以Er3+掺杂玻璃的研究有很高的应用价值。如图1.1中Er3+离子能级图所示，可选择800nm、980nm及1480nm的泵浦光。800nm泵浦时很容易发生激发态吸收引起上转换损耗，而1480nm泵浦上转换效应最小，但是在此波长泵浦下，铒离子实际上为一种准三能级结构，难于实现充分的粒子数反转，且不能提供较好的信噪比。为了实现宽带高增益及低噪声放大，一般使用980nm泵浦。Er3+在980nm泵浦下相当于三能级系统，Er3+通过吸收980nm的泵浦光能量，从基态4I15/2能级跃迁至激发态4I11/2能级，751;文'论"文;网www.751com.cn该能级上的Er3+迅速无辐射跃迁至4I13/2能级。Er3+在4I13/2能级停留时间较长，如果泵浦光强度较低，亚稳能级4I13/2上的粒子便又返回到基态上，而且如果它和入射光的频率以及相位不同步时，放大自发辐射(ASE)光由此成为光纤放大器的噪声源，这也是目前EDFA的主要噪声来源。如果泵浦光的强度足够大，则亚稳能级4I13/2上的粒子会积聚，当积累到多于基态粒子数时，就会形成4I13/2能级与4I15/2能级间粒子数反转。当波长为1530nm附近的信号光输入时，4I13/2能级上的粒子数就会产生受激辐射而向基态4I15/2跃迁，产生和入射光相同频率、相同相位及相同方向的光子，实现光信号的放大。
表1.1几种商品化EDFA玻璃光纤的性能参数
对于掺Er光纤放大器玻璃基质的研究[16]，除传统的硅酸盐玻璃外，对磷酸盐、氟化物、碲酸盐、铋酸盐、锗酸盐、氟磷酸盐等多种玻璃系统的研究都取得了不同程度的进展。表1.1为目前几种商品化稀土掺杂玻璃光纤的性能参数。从表中可以看出在光纤损耗上石英光纤与玻璃光纤相比具有较大优势论文网，但在稀土掺杂浓度上石英光纤远不如玻璃光纤。近年来，随着基础产业的发展，可以获得高纯度的原材料，特别是随着光纤制备工艺的改进，低损耗玻璃纤维制造相对容易，为玻璃光纤放大器的发展提供了一定的空间。只要能够在短长度下实现较大的增益和带宽就可以满足一定的应用的要求，因此，即使在损耗上玻璃光纤不如石英光纤，但是作为光纤放大器的掺杂基质，玻璃基质仍然是有很大的优势。