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得分：_______

光纤通信技术实验

（2）掺铒光纤激光器的设计

实验报告

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一、实验目的

1、完成环形腔掺铒光纤激光器谐振腔的设计，通过选择环形腔中耦合器的不同

耦合比,优化设计激光器的阈值特性和输出效率.

2、通过使用不同滤波特性的滤波器，完成环形腔掺铒光纤激光器输出纵模特性

的设计和选择。

3、完成光纤激光器的构建,并进行相关性能参数的测试.

二、实验原理与背景知识

1.掺铒光纤(EDF）与掺铒光纤放大器（EDFA)

当泵浦光通过掺杂光纤中的稀土离子（Er3+、Nd3+、Tm3+、Yb3+等)时,稀土

离子吸收泵浦光,使稀土原子的电子激励到较高激发态能级,从而实现通常所说

的粒子数反转.反转后的高能态粒子在外界光场的诱使下，以光辐射的形式从高

能级转移到基态，完成受激光辐射。

掺铒光纤放大器主要由波分复用器、大功率泵浦激光器、光隔离器和掺铒光

纤构成。根据泵浦光和信号光传播方向的相对关系，掺铒光纤放大器的结构可

分为正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种形式。EDFA是利用掺铒光纤中掺杂的

稀土离子在泵浦光(波长980nm或1480nm)的作用下,形成粒子数反转，产生

受激辐射，辐射光随入射光的变化而变化,进而对入射光信号提供光增益。其

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放大范围为1530~1565nm，增益谱比较平坦的部分是1540～1560nm，几乎

可以覆盖整个1550nm工作窗口。

2。掺铒光纤激光器（EDFL)

掺铒光纤激光器是在掺铒光纤放大器技术基础上发展起来的。目前掺稀土元

素光纤激光器的研究受到了世界各国的普遍重视，成为国际激光器技术研究领域

一个十分活跃的前沿研究方向。

和传统的固体、气体激光器一样，掺稀土光纤激光器基本也是由泵浦源、增

益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器

（LD),增益介质为掺稀土光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成

各种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学

系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益

并产生自发辐射.所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终

形成稳定激光输出。

由于掺稀土光纤激光器在增益介质和器件结构等方面的特点，与传统的激光

技术相比,在很多方面显示出独特的优点：

（1）较高的泵浦效率。通过对掺杂光纤的结构、掺杂浓度和泵浦光强度和

泵浦方式的适当设计，可以使激光器的泵浦效率得到显著提高.例如采用双包层

光纤结构，使用低亮度、廉价的多模LD泵浦光源即可实现超过60％的光光转换效

率。

(2）易于获得高光束质量的千瓦甚至兆瓦级超大功率激光输出。光纤激光

器表面积/体积比大,其工作物质的热负荷小，易于散热和冷