3.3.1 光纤激光器基本结构

3.3.2 增益介质与能级结构 增益介质：掺杂稀土离子光纤 稀土元素：钕（ Nd ）、铒（ Er ）、镱（ Yb ） 、

铥（ Tm ）、钬（ Ho ）、钐（ Sm ）、钍（ Tu ）

泵浦光 掺杂光纤

腔镜 腔镜

输出激光

光纤激光器结构示意图

1. 三能级系统的能级结构

铒离子（ Er3+）能级结构

4I11/2

4I13/2

4I15/2

980nm 泵浦 1480nm泵浦

无辐射跃迁

1550nm

基态

高能态

亚稳态

2. 四能级系统的能级结构

钕离子（ Nd3+）能级结构

4G7/2

4F5/2

4F3/2

4I15/24I13/24I11/24I9/2

800nm泵浦

920nm 1060nm1350nm

激发态吸收1330nm

无辐射跃迁

下能级

高能态亚稳态

基态

3. 上转换系统的能级结构

1060nm 泵浦

1060nm 泵浦 480nm

1G4

3F2

3H4

3H5

3F4

3H6

1060nm 泵浦

铥离子（ Tm3+）上转换能级图

高能态

基态

3.3.3 光纤激光器谐振腔结构1. Fabry-Perot 腔

掺杂光纤

腔镜 腔镜

光纤激光器 Fabry-Perot腔结构示意图

光纤光栅 Fabry-Perot腔

环形镜 环形镜光纤环形镜 Fabry-Perot腔

环形镜反射率 R为： R=4f(1-f)

Sagnac干涉仪

2. 环形腔

PC

ISO

Doped fiber

WDM

output

pump

环形腔光纤激光器结构图

980/1550 nmWDM

EDF

pump laser

output

ISO

窄带滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图

filter

coupler

PC

光纤光栅滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图

并列光栅型环形腔掺铒光纤激光器结构图

3.3.4 喇曼光纤激光器1. 受激喇曼散射 1928 年，印度物理学家 C. V. Raman 发现光通过透明溶液时，有一部分光被散射，其频率与入射光不同。频率位移与发生散射的分子结构有关。这种散射称为喇曼散射，散射光称为 Stokes 波，频率位移称为喇曼频移。 量子力学描述为：入射光波的光子被介质分子散射成为低频光子，同时将剩余能量转移给分子振动产生的声子，分子完成两个振动态之间的跃迁。

若在光纤中输入泵浦光，经过分子的散射作用，产生 Stokes 频移光。当输入信号光的频率与 Stokes 波的频率相同时，光信号得到增强。

石英的喇曼增益谱

对 于 纯 石 英 光 纤 ，喇 曼 增 益 最 大 值 对应 的 频 率 是 由 泵 浦频率下移 13.2THz (440cm-1) 。1.45m→ 1.55m

掺 磷 光 纤 的 喇 曼 频移是 1330cm-1

2. 级联喇曼光纤激光器

1240nm 1240nm1310nm 1310nm1400nm 1400nm1070nm

1240nm 1240nm1480nm 1480nm1070nm

P-doped

SMF+

3.4 光放大器

3.4.1 分类

3.4.2 掺杂光纤放大器1. 掺铒光纤放大器（ EDFA ）(1) 放大基理 自发辐射 放大的自发辐射 (ASE)

受激辐射

1530nm 1565nm

掺铒光纤增益曲线

G(dB)

λ

掺铒光纤放大器结构图

(2) 结构

(3) 特性i. 增益

小信号增益和饱和增益ii. 噪声系数 输出信噪比与输出信噪比的比值。

)dBm()dBm()dB(log10 inoutin

out PPP

PG

)dB()/(

)/(log10

in

out

NS

NSNF

)dBm(mW1

)mW(log10)dBm(P

P

(3) 应用