分析三级双泵浦光源产生C+L波段放大自发辐射光的过程

　　在波长为980nm的泵浦光激励下，处于基态4 I15/2的铒离子跃迁到4 I11/2，高能级4 I11/2上的铒离子迅速以无辐射跃迁的形式转移到能级4 I13/2，能级4 I13/2上的铒离子则以自发辐射或受激辐射的形式跃迁回基态4 I15/2，产生光输出，基态4 I15/2上的铒离子也会以受激吸收的形式直接跃迁至能级4 I13/2.因此，掺铒光纤光源实际上是一种三能级系统。由于斯塔克效应引起的能级裂变，铒离子的能级有一定的展宽，加之掺铒光纤光源结构采用非谐振腔形式，所以铒离子产生的并不是单一的1550nm光，而是1500~1560nm的超荧光。

　　掺铒光纤中C波段与L波段放大的自发辐射都是由能级4 I13/24 I15/2的跃迁产生的。C波段放大自发辐射由4 I13/2和4 I15/2主能级的斯塔克分裂能级的高能级之间跃迁产生，而L波段的放大自发辐射由主能级的斯塔克分裂能级的低能级之间的跃迁产生。铒离子吸收980nm泵浦光后在掺铒光纤的近端产生C波段放大的自发辐射光，其中部分C波段放大的自发辐射光又作为抽运源被铒光纤后段吸收，从而产生L波段放大的自发辐射光。

　　2三级双泵浦结构光源实验

　　实验装置由掺铒光纤（EDF），波分复用器（WDM），隔离器（ISO）和3dB耦合器（COUP LER）组成。其中，插入隔离器（ISO）的主要目的是消除光端面反射，同时可以降低EDFA的噪声系数，提高光源输出的稳定性。3dB耦合器制作的光纤环形镜可以将产生的后向光重新引回光纤中，再次经过掺铒光纤的放大吸收，这样不仅提高了光源的利用效率，而且可以提高光源的平坦度。

　　实验中使用AnritsuMS9710C多功能光谱仪（测量范围为600~1750nm，小分辨率为0.05nm）和PMS12型光功率计（测量范围为0.1W~100mW，测量精度为0.01dBm）进行采样和测量。

　　此光源结构中使用两个980nm激光二极管作为抽运源，个采用前向泵浦方式，第二个采用后向泵浦方式。掺铒光纤EDF1，EDF2和EDF3均为朗讯公司生产，其中EDF1和EDF3型号为EDFHG980，在1530nm峰值吸收系数为9dB，截止波长890nm，数值孔径>0.29，模场直径5.2m.EDF2型号为EDFR37003，在1530nm峰值吸收系数为6.5dB，截止波长为860nm，数值孔径>0.27，模场直径为4.8m.根据C+L波段ASE光产生原理，初步确定三段光纤的长度范围，然后通过实验不断优化，终选定EDF1，EDF2和EDF3的长度分别为11.5m，53m和6.5m.调节两级抽运光功率，当一级泵浦功率为65mW，二级泵浦功率为115mW时，输出功率为18.04mW，中心波长为1564.56 nm。

　　3实验结果分析

　　为了方便分析三级双泵浦光源产生C+L波段放大自发辐射光的过程，实验中将光源结构从A点断开分成两部分，前一部分为双程前向结构，后一部分为单程后向结构。保持两级泵浦功率为65mW和115mW不变，分别将A点和B点与光谱仪连接，得到L波段和C波段放大自发辐射光。

　　C波段ASE光输出功率比图3的C+L波段ASE光中C波段输出功率高（尤其在1531本征峰附近），这是因为单程后向结构与双程前向结构合并后，EDF3中部分铒离子吸收980nm抽运光产生前向C波段ASE光会进入EDF2，EDF1中被吸收，从而使产生后向C波段ASE光的铒离子数减少，所以C+L波段ASE光中C波段输出功率减小；图4的L波段输出功率比图3的C+L波段光谱中L波段输出功率低，原因在于：单程560光学精密工程第18卷图5B点测得的光谱图Fig.5MeasuredspectrumofpointB后向结构产生的前向C波段光进入EDF2，EDF1中被吸收产生了L波段光，而且A点输出的L波段光进入EDF3中会进一步被放大，所以C+L波段ASE光中L波段输出功率有所增大。

　　级光纤中铒离子吸收大功率980nm抽运光后产生前向C波段ASE光；C波段ASE光进入第二级长度较长，铒离子掺杂浓度较低的光纤中，几乎被完全吸收产生平坦度很高的L波段ASE光；第三级光纤中铒离子吸收二级泵浦980nm抽运光后产生功率较高的后向C波段ASE光。C波段与L波段ASE光组合后从B点输出C+L波段ASE光。在一定范围内调节LD1或LD2的功率，输出的C+L波段ASE光谱中L波段或C波段光谱可以相对独立地变化，相互间影响较小，所以在三级掺铒光纤型号选择合适的情况下，通过调节两级泵浦功率，在一定的光纤长度范围内都可以实现C波段和L波段ASE较好匹配，消除了1570nm附近的突起，输出高平坦度的C+L波段ASE光。

　　4结论

　　本文提出了一种三级双泵浦宽带光源并对其进行了实验研究与分析。在加入光纤环形镜的情况下，选择合适的相关参数，无需利用任何光滤波装置，此宽带光源3dB带宽为75.68nm（1526.72~1602.4nm），其中在1543~1603 nm波段光谱的平坦度<1.3dB.这种设计方案为高平坦度C+L波段宽带光源的研究提供了实验基础，具有重要的参考价值。