稀土掺杂锗酸盐玻璃光学波导放大器的紧凑型长光路模拟设计与增益预期

作     者：赵睿途 

作者单位：大连工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林海

授予年度：2012年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：平面光波导 BeamPROP模拟 光路设计 光学增益 

摘      要：近年来，随着数字通信业务以及互联网的高速发展，全光通讯网络逐渐向家庭用户及个人普及，具有小型化、高度集成化和大通讯传输容量的全光波导器件成为研究热点。稀土离子掺杂玻璃光波导放大器作为通讯网络中一种重要的全光有源波导器件也备受重视。在C-波段(1530565nm)放大技术已经日渐成熟的今天，S-波段(1420520nm)也逐渐成为潜在的通讯资源空间。目前，适用于C-/S-波段的光纤放大器已取得突破性进展，而相对于光纤放大器，波导器件具有体积小，增益系数高的特点，因此在集成器件方面展现出优势。然而波导放大器受到其信号光放大路径较短的限制，使波导器件很难获得高的增益来满足信号放大的要求，制约了波导放大器的实际应用。 提高光波导放大器增益性能的主要方法(1)是增加稀土离子的掺杂浓度和(2)延长波导中光信号放大路径。但稀土离子之间存在着很强的能量交叉弛豫效应，过高的掺杂浓度会降低稀土本身的辐射跃迁效率。因此，通过延长波导中光信号放大路径来获得高增益的方法更具可行性。 根据上述情况，本工作以(8×6) cm的Er/Yb和Tm掺杂锗酸盐玻璃NMAG(23NaO-3MgO-22AlO-52GeO)为基片，基于增加波导中信号光放大路径的思路，设计出S型，U型和F型三种弯曲结构波导，用BPM方法对弯曲波导额外的损耗进行评估。通过场强模式分布计算波导的弯曲损耗和连接损耗，进而对三种结构波导的内增益进行预期。由于Er/Yb掺杂波导本征的发射曲线不够平坦，所以增益区间有限。但是对于Tm掺杂波导，损耗系数为0.04dB/cm。在1482nm波长处， F型波导的增益为13.01dB，其值高于U型(8.21dB)和S型(4.22dB)波导，约是普通直波导(3.84dB)的三倍。结果表明合理光路设计(F型)可以大幅提高稀土离子掺杂锗酸盐玻璃平面光波导的光学增益，为实现低损耗高增益集成波导放大器的实用化提供了可行的设计思路。