摘 要

随着光通信网络往超高速率、超大容量、超长距离方向发展，DWDM系统正大规模的应用于现网中，而DWDM系统中核心部件就是可调谐光源，可调光源能够短时间内产生系统所需的不同波长，满足通信业务需求。并且可调光源解决了原先固定波长光源组网的系统中备份光源造成系统臃肿庞大，组网维护成本过高的问题，可调光源技术的研究有重要的意义。 目前商用的可调谐激光器调谐范围一般是1525nm-1607nm，输出光功率可达10mW-20mW，输出稳定性能够达到±1pm/24 hours。调谐速度达到皮秒级。

最早应用于可调光源的是半导体激光器，但是由于光纤激光器的种种优点，基于掺铒光纤激光器的可调光源正逐渐成为主流。可调光源的关键技术主要是两大方面：一是波长调谐技术，二则是功率控制技术。波长调谐主要分为基于光纤光栅还有就是基于F-P谐振腔的。而目前可调光源存在的一个问题就是输出的光功率还不够大，不能满足长距离的传输系统。理论上讲，光源的谐振腔结构采取环形谐振腔更利于光源的稳定性以及输出功率，但是光源的输出光功率主要取决于泵浦源的泵浦方式和泵浦功率，增益介质纤长以及耦合比。通过软件仿真可以得知，解决光源功率问题主要还是从增益介质光纤的参杂浓度以及纤长方面考虑。针对不同的泵浦源以及增益介质光纤，找出最佳的纤长以及最佳的耦合比是解决功率不高问题的解决方法。

关键词：掺铒光纤激光器，波长调谐，功率控制，OptiSystem软件仿真

Abstract

With the optical communication network to ultra-high speed, large capacity, long distance direction, DWDM system is large-scale application in the existing network, and DWDM system is the core component tunable light source, adjustable light source can generate a short time system The required different wavelengths to meet the communications business needs. And adjustable light source to solve the original fixed wavelength light source network backup system caused by the system bloated huge network maintenance costs are too high, adjustable light source technology research has important significance. Currently available tunable laser tuning range is generally 1525nm-1607nm, the output optical power up to 10mW-20mW, the output stability can reach ± ​​1pm / 24 hours. The tuning speed reaches the picosecond level.

The first application to the adjustable light source is a semiconductor laser, but due to the advantages of fiber lasers, based on erbium-doped fiber laser adjustable light source is gradually becoming mainstream. Adjustable light source of the key technology is mainly two aspects: First, the wavelength tuning technology, the other is the power control technology. Wavelength tuning is mainly based on fiber gratings and is based on the F-P resonant cavity. At present, there is a problem that the adjustable light source is that the output optical power is not big enough to meet the long distance transmission system. In theory, the resonant cavity structure of the light source is more conducive to the stability of the light source and the output power, but the output power of the light source depends mainly on the pumping mode of the pump source and the pump power, the gain medium slim and the coupling ratio The Through the software simulation can be learned, to solve the problem of light source power is mainly from the gain medium fiber mixed concentration and slender aspects of consideration. For different pump sources and gain media fiber, to find the best slim and the best coupling ratio is to solve the problem of low power solution.

Keywords: erbium-doped fiber laser, wavelength tuning, power control, OptiSystem software simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文的研究目的和意义 1

1.2 国内外的研究现状 1

1.3 论文的结构分布 2

第2章 可调光源的特性与分类 3

2.1 通信可调谐光源的定义 3

2.2 半导体可调谐光源 3

2.3 光纤可调谐光源 3

2.3.1 光纤激光器的分类 3

2.3.2 光纤激光器光源的优点 4

2.4 光纤激光器光源的原理 5

2.4.1 自发辐射与受激辐射 5

2.4.2 光信号的放大 6

2.4.3 光纤可调谐光源的基本结构 6

第3章 可调光源关键技术分析 8

3.1 可调光源存在的技术问题 8

3.2 波长调谐技术的理论分析 8

3.2.1 基于光纤光栅的波长调谐技术 9

3.2.2 基于F-P滤波器的波长调谐技术 13

3.3 光功率控制技术的理论分析 14

3.3.1 泵浦技术 14

3.3.2 各波长泵浦源的性能 15

3.3.3 泵浦方式 16

3.3.4 谐振腔的选择 17

第4章 功率控制技术的实验验证 19

4.1 提高光输出功率的理论分析论证 19

4.1.1 环形光纤激光器的工作特性分析 19

4.1.2 环形光纤激光器的输出功率特性分析 20

4.2 实验仿真软件及仿真环境简介 22

4.3 功控技术中的最佳纤长 23

4.4 功控技术中的最佳耦合比 25

4.5 功控技术中的泵浦功率 26

4.6 实验总结和解决功率问题的思路 26

总结与展望 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1 论文的研究目的和意义

随着超高速超大容量的光纤通信系统的快速发展，波长可调谐的激光光源在密集波分复用系统中的应用越来越重要。自从上世纪六十年代第一台红宝石激光器诞生，人们就开始了对波长可调谐光源的研究。染料激光器作为实用化的可调谐激光器在七十年代获得广泛的应用。但由于染料激光器存在一些固有的缺点从而使得应用受到了限制，到了八十年代末期，最具有代表性的掺钛蓝宝石激光器拉开了固体激光器作为可调谐激光光源的序幕。

光纤通信的光源一开始均是基于固定波长的激光器光源，但是随着光纤通信系统的不断向前发展以及应用推广，固定波长光源的缺点日益显现出来：一、随着DWDM系统的发展，通信系统中的载波波长数增加到数十个甚至上百个，而且在一些重要场合，每个光源都需要由相同波长的激光器来进行备份，这样会极大增加备份光源的数量，同时系统成本以及管理维护复杂程度随之增加。因而有必要研制出可调谐激光器，也就是在一个激光器上能够实现输出一定带宽内的不同波长的光的，并且该输出光能够满足ITU-T的标准。

与单一波长激光器相比，可调谐激光器能够迅速地调谐，产生密集波分网络系统所需地不同波长。随着信息网络的快速发展，DWDM的不断升级，波长数的增加，导致了可调谐激光器在现代光通信领域也变得更为重要，成为全光网络的一项关键技术。