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光波导课程论文光波导器件研究的新进展郭阳敏, M201572550 华中科技大学, 武汉光电国家实验室(筹), 湖北武汉 430074 摘要介绍了光纤放大器、半导体光放大器、光波导放大器 3 种光放大器的基本工作原理和研究现状。主要分析了光波导放大器的性能特点, 阐述了光波导放大器的应用现状及其存在的问题并对光波导放大器未来的发展趋势进行了展望。关键词光放大器;光波导放大器;进展引言在科技高速发展的 21 世纪,信息网络已经成为人们生活中不可或缺的一部分。网络的应用越来越广泛, 传统电- 光网络的速度和容量已经不能满足人们的需要。光纤通信技术凭借宽频带、低损耗、不受电磁波干扰和资源丰富等优势,成为通信技术发展的新方向。在实际的光纤通信中, 不可避免的存在着吸收、散射和弯曲等损耗现象。目前, 一般标准单模光纤在 1550nm 的损耗系数为 。尽管光纤的损耗在短距离传输时已经可以忽略, 但是在长距离光纤传输系统中光纤及系统中的不同器件仍会给整个光网络带来一定的损耗和色散, 这就需要在系统中适当地设置中继放大器。常规的中继器需要光-电- 光的转换过程, 首先将衰弱的光信号转化为电信号, 然后通过放大、均衡、识别再生等技术, 恢复信号形状和幅度, 最后通过半导体激光器将调试后的电信号再转化为光信号耦合回光纤传输线路。这种采用光-电- 光中继器的方法会占用光网络的大部分传输时间, 对于高速多波长的系统, 这种方法设备复杂且成本昂贵。因此,能够避免光-电- 光转换过程直接实现对光信号放大的光放大器成为人们的研究热点。 1 光放大器的基本原理光放大器基于激光的受激辐射将泵浦光的能量转变为信号光的能量, 从而实现对信号光的放大作用。光放大器直接实现对光信号的放大。图 为光放大器的应用原理示意图。图 光放大器应用原理示意图目前研制的光放大器主要有以下三种:(1) 半导体激光放大器( SOA ); (2 )光纤放大器( FA);(3 )光波导放大器( WA )。(1 )半导体激光放大器。半导体激光型光放大器是利用粒子数反转放大发光原理, 发光媒介为电子空穴对。半导体激光放大器的放大原理与半导体激光器的工作原理相同。半导体光放大器的优点是:增益带宽大, 体积小,易于与其他光器件集成。目前主要应用于光子交换、波长变换、解复用和有线电视多路模拟信号的放大和处理等。半导体光放大器也存在一些缺点, 如噪声大、功率小、稳定性差、信号易串扰、与光纤的耦合损耗大和对光的偏振有依赖性等。(2 )光纤放大器。光纤放大器主要利用非线性光学原理的受激拉曼散射( SRS )和受激布里渊散射( SBS )光纤放大器以及掺杂稀土元素的光纤放大器。拉曼光纤放大器和布里渊光纤放大器需要大功率的半导体激光器对光纤进行激发, 因而此类放大器不适合实际应用。掺杂稀土元素的光纤放大器中最具代表性的是掺铒光纤放大器( EDFA )。 EDFA 也是利用粒子数反转原理制成的,使用稀土元素作为激活离子,刚好能放大 1550nm 的光信号[1] 。与半导体光放大器相比, EDFA 的偏振相关性小,因而各个通道间的串扰也小。与 SRS 和 SBS 光放大器相比较, EDFA 无需瓦量级的泵浦光源。因此, EDFA 在主干传输网上被广泛应用, 在光纤通信中取得了巨大成功。但是 EDFA 在