掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器及应用PDF电子书下载

1.1 光波导放大器的国内外发展状况 1

第一章 引言 1

1.2 光波导放大器的基质材料 2

1.3 光波导放大器的制作技术 3

1.4 本书的主要内容 4

参考文献 5

第二章 掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器基础 11

2.1 光波导放大器的基本结构 11

2.2 光波导放大器的基本原理 12

2.3 光子—原子相互作用 12

2.3.1 自发辐射、受激吸收与受激辐射 12

2.3.3 受激辐射放大的增益系数 13

2.3.2 泵浦与粒子数反转 13

2.3.4 光功率沿激光介质波导的分布 14

2.4 磷酸盐玻璃基质中的Er3＋ 14

2.4.1 磷酸盐玻璃中Er3＋的本地结构 14

2.4.2 Er3＋的电子结构 15

2.4.3 Er3＋的能级结构及跃迁特性 15

2.5 影响掺Er3＋光波导放大器的主要因素 16

2.6 Yb3＋敏化 17

2.7 Er3＋在磷酸盐玻璃中的吸收与发射截面 18

2.8 描述Er-Yb耦合系统的速率方程 19

2.9 Er-Yb共掺波导放大器（EYCDWA）速率方程简化 21

2.10 Er-Yb共掺波导放大器的噪声、吸收损耗与增益上限 22

参考文献 23

第三章 光波导的交变隐式差分方向—时域有限差分法分析 25

3.1 麦克斯韦方程和Yee元胞 25

3.2 直角坐标系中的ADI-FDTD 26

3.2.1 三维情形 27

3.2.2 二维情形 29

3.3 吸收边界条件 30

3.4 Er-Yb共掺磷酸盐玻璃波导的ADI-FDTD分析 33

参考文献 34

4.1 掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器 35

4.1.1 低铒离子掺杂浓度情况 35

第四章 掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器特性 35

4.1.2 高铒离子掺杂浓度情况 37

4.2 铒—镱共掺磷酸盐玻璃光波导放大器 38

4.2.1 基于ADI-FDTD的重叠积分－Runge-Kutta方法 38

4.3 EYCDWA的数值模拟 39

4.3.1 EYCDWA的小信号增益特性 39

4.3.2 EYCDWA的噪声特性 42

4.3.3 EYCDWA的大信号工作特性 43

4.3.4 EYCDWA的增益饱和特性 46

4.3.5 EYCDWA的宽带放大特性 47

4.4 步长对光波导放大器数值模拟的影响 47

4.5 提高EYCDWA增益的途径 48

参考文献 49

5.1 玻璃结构与离子交换 51

第五章 Er-Yb共掺磷酸盐玻璃波导放大器的制作与测试 51

5.2 离子交换原理 52

5.2.1 用于离子交换的离子和离子对 52

5.2.2 离子交换反应 53

5.2.3 扩散方程及其解 54

5.3 离子交换铒／镱共掺磷酸盐玻璃光波导的制作 57

5.3.1 铒／镱共掺磷酸盐玻璃平面光波导的制作 59

5.3.2 铒／镱共掺磷酸盐玻璃沟道光波导的制作 61

5.3.3 铒／镱共掺磷酸盐玻璃掩埋光波导的制作 62

5.4 铒／镱共掺磷酸盐玻璃平面光波导的折射率分布 62

5.4.1 波导表面折射率的确定 64

5.4.2 波导折射率分布的确定 65

5.4.3 铒／镱共掺磷酸盐玻璃波导折射率分布 67

5.4.4 沟道铒／镱共掺磷酸盐玻璃波导折射率分布的确定 70

5.5 铒／镱共掺磷酸盐玻璃光波导放大器特性测试 72

5.5.1 波导与光纤间的耦合损耗 72

5.5.2 波导—光纤耦合模块的制作 73

5.5.3 EYCDWA小信号增益测试 77

5.5.4 EYCDWA噪声特性测试 79

参考文献 80

第六章 宽带掺Er-Yb磷酸盐玻璃波导放大器设计 81

6.1 宽带光波导放大器结构 81

6.1.1 带薄膜滤波器的单程集成结构 81

6.1.2 带薄膜滤波器的双程集成结构 81

6.2.1 多层薄膜滤波器的透射函数 82

6.2 宽带光波导放大器理论分析 82

6.1.3 带薄膜滤波器的多程集成结构 82

6.2.2 级联多层薄膜滤波器的透射函数 83

6.3 薄膜介质滤波器滤波特性分析 84

6.3.1 单级多层薄膜滤波器的滤波特性 84

6.3.2 级联多层薄膜滤波器的滤波特性 85

6.4 薄膜介质滤波器的设计 87

6.4.1 膜系优化设计的基本原理 88

6.4.2 介质薄膜滤波器膜系设计的评价函数 89

6.4.3 遗传算法基本原理 90

6.4.4 膜系设计结果 91

参考文献 92

7.1 基于EDWA的城域光网络系统 93

第七章 光波导放大器的应用 93

7.2 光波导放大器对通信系统容量的影响 94

7.2.1 高斯信道容量 94

7.2.2 带光波导放大器的通信系统容量 95

7.2.3 结果与讨论 96

7.3 光波导放大器用于多波长放大 97

7.4 阵列型Er3＋：Yb3＋共掺玻璃波导放大器 98

7.5 基于Er3＋：Yb3＋共掺磷酸盐玻璃的有源波导环形腔滤波器 99

参考文献 101

结束语 103

附录A ADI-FDTD的重叠积分－Runge-Kutta方法 104

附录B 小信号EYCDWA增益特性计算源程序 105

附录C 离子交换平面波导表面折射率分布计算源程序 107