分布反馈激光器DFBLD
分布反馈光纤激光器(DFB-FL)波长解调方法的研究的开题报告
分布反馈光纤激光器(DFB-FL)波长解调方法的研究的开题报告一、选题背景与意义随着光通信技术的发展，分布反馈光纤激光器(DFB-FL)逐渐成为光通信领域的重要组成部分。
DFB-FL具有窄线宽、单模、高稳定性等优点，被广泛应用于光通信系统中。
同时，DFB-FL波长对于光通信系统的性能也至关重要。
因此，波长解调方法的研究对于DFB-FL的调制和信号传输具有重要意义。
二、研究目的和内容本研究旨在研究DFB-FL波长解调方法，探究其解调原理。
具体内容如下：1. 分析DFB-FL波长的特点和重要性；2. 探究常见的DFB-FL波长解调方法，如腔内特性法、外差法、腔外特性法等；3. 研究DFB-FL波长解调方法的优缺点，并对其性能指标进行评估比较；4. 综合考虑DFB-FL波长解调方法的特点，探讨优化其解调算法和系统实现方法；5. 利用实验方法验证波长解调方法的有效性和可行性。
三、研究意义1. 探究DFB-FL波长解调方法的原理和性能，可以提高光通信系统的可靠性和稳定性，为系统设计提供更加科学的理论基础；2. 通过比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，可以为企业和研究机构选择最适合的解调方法提供参考；3. 优化DFB-FL波长解调方法的算法和系统实现方法，可以提高解调效率和准确度，为光通信系统的应用提供更好的技术支持。
四、研究方法和过程本研究采用的研究方法包括文献综述法、数学分析法和实验验证法。
具体过程如下：1. 首先进行文献综述，收集和整理DFB-FL波长解调方法的相关文献和资料；2. 分析DFB-FL波长的特点和重要性，探讨DFB-FL波长解调方法的原理和性能；3. 比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，评估其性能指标；4. 根据DFB-FL波长解调方法的特点，优化其解调算法和系统实现方法；5. 利用实验方法验证波长解调方法的有效性和可行性。
五、预期成果和进展本研究预期成果包括：1. 完成DFB-FL波长解调方法的综述文献，系统梳理DFB-FL波长解调方法的原理和性能；2. 比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，分析各方法的性能指标；3. 提出优化DFB-FL波长解调方法的算法和系统实现方法；4. 利用实验方法验证DFB-FL波长解调方法的有效性和可行性。
气体吸收峰
DFB与DBR激光器布拉格定律（The Bragg law）光栅是由等宽等间距的互相平行的许多狭缝构成的光学元件。
对于一个结晶的固体，其三度空间排列整齐的结构，正好可被视为一种光栅。
根据图示，干涉加强的条件是：式中：n为整数，称为反射级数（衍射级数）；θ为入射线或反射线与反射面的夹角，称为掠射角，由于它等于入射线与衍射线夹角的一半，故又称为半衍射角，把2θ称为衍射角。
由布拉格定律可知道，当光栅间距（光栅常数）一定时，一级衍射光的波长一定（其他级衍射忽略），从而选择出起到一个滤波的作用。
DFB激光器DFB——Distributed Feedback Diode Lasers(分布反馈式激光器）1.DFB激光器的原理利用光柵(grating)达到滤波(filter)效果，使激光器输出近乎单一波长的光，可调整光柵的空间周期，选择输出光的中心波长布拉格定律Λ= mλ/2 Λ: 光柵周期；λ: 输出光的波长；m = 1, 2, 3, …通过温度或激光电流改变光栅距离从而调节DFB和DBR激光器的波长。
DFB激光器的优点DFB激光器的波长包括整个近红外波段730nm—2800nm，可以满足大气原子吸收谱线，也能满足碱金属的共振跃迁。
1）DFB激光器的一个最主要的优点是不需要任何要求很高的光学机械元件，有很高的长期稳定性和可靠性。
2）单色性好，由光栅的间距选择出射的激光波长。
3）DFB激光器能在730nm—2800nm的波长内得到10mW到150mW的功率输出。
在可以期待的未来甚至将得到高达200mW到300mW的DFB激光器DFB激光器输出光谱FP激光器FP激光器是以FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。
这类器件的特点；输出功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高，适合于较长距离通信。
FP(法布里-珀罗谐振腔)激光器的输出光谱DBR 激光器DBR——Distributed Bragg Reflector（分布布拉格反射激光器）1.结构及工作机理分布式布拉格反射（DBR）激光器是指通过布拉格光栅来充当反射镜，在两段布拉格光栅之间封装一段掺杂光纤，通过泵浦中间的掺杂光纤来提供增益。
掺铒光纤放大器、激光器讲义
实验 I 掺铒光纤放大器原理及光谱特性测量实验
实验内容
1. 980nm 泵浦激光器的光谱测量； 2. DFB 信号激光器的光谱和输出功率测量； 3. 掺铒光纤放大器（EDFA）组装； 4. EDFA 的自发辐射光谱（噪声谱，ASE）测量； 5. DFB 激光器信号光的放大，EDFA 的增益测量和计算； （信噪比，泵浦光的利用率，增益饱和效应等）
实验仪器
1.980nm 泵浦激光器（LD） 2.掺铒光纤（EDF） 3.波分复用器件（WDM）
4.耦合器 （Coupler） 5. 单色仪 （Monochromator） 6.光功率计 （Optical Power Meter） 7.计算机数据采集系统（DAQ）
实验原理
一、半导体激光器（LD）原理概述
2n m
m=1,2…
需要指出的是，这种反射不是由某个反射面提供，而是由周期性波纹结构提供了相
反行进的两种光波模式的相互耦合，耦合的程度由周期性调制的射器型 LD 的结构示意图
图 2 中的下图是 Bragg 反射器型的半导体激光器的示意图，它与 DFB 型激光器的 区别是它的周期性折射率调制结构不是做在有源层上表面， 而是在有源层波导两外测的 无源波导上，这样的结构不仅具有激光振荡波长稳定，线宽窄，还可以避免使用复杂的 二次外延生长工艺，并且由于 Bragg 光栅做在无源波导上，不会引起有源层原子晶格的 破坏，降低量子效率。 当介质实现了粒子数反转(即介质具备了增益)， 光波在来回反射中得到不断的加强 和增长，当增益满足阈值条件以后(即增益大于所有损耗)，就会产生激光。这种光栅式 的结构实际上起到了一个选频谐振腔的作用，它所发射的激光的波长，完全由光栅的周 期 决定。所以，可以通过改变光栅的周期来调整发射波长，并获得极窄的线宽（单纵 模振荡） 。这一点，F-P 型 LD 是不可能做到的，F-P 型 LD 的发射波长只能位于自发辐 射的中心频率附近。 由此可见 DFB LD 和 F-P 型 LD 相比， 其发射频率的选择范围很宽， 可以在自发发射频率范围内自由地选择发射波长。 目前 DFB LD 已成为中长距离光纤通信应用的主要激光器，特别是在 1.3 m 和 1.55 m 光纤通信系统中。在光纤有线电视(CATV)传输系统中，DFB LD 已成为不可替 代的光源。 实验中使用的 980nm 泵浦光源是一种 F-P 腔结构的半导体激光器，其最大激光输出 功率为 120mW。作为信号光源的是一种 1550nm 波段的 DFB 半导体激光器，最大激光 输出功率为 2mW。
dfb激光器的谐振腔仿真相移
dfb激光器的谐振腔仿真相移一、单频光纤激光器，光纤激光市场中的另一赛道选手单频光纤激光器最早出现于20世纪90年代，经过近30年的发展已取得了长足进步。
与材料加工领域用的高功率光纤激光器不同，这种位于光纤激光市场另一赛道上的单频激光器，因其独特的性质和特点，有着截然不同的应用场景。
单频光纤激光器往往能够实现更窄的线宽，其中一个最重要的原因是单频光纤激光器的谐振腔比单频半导体激光器的谐振腔要长很多倍。
从外腔型单频半导体激光器的技术路线和思想就可以理解这一点。
更长的腔长意味着谐振腔内光子的寿命更长，我们可以把满足谐振腔震荡条件的“波”，无论是驻波还是行波，看成光子流。
这些波在谐振腔内震荡或者行进的时间越长，能够满足谐振腔内相位匹配条件的光子就越少，最终输出的光波（选频得到固定的频率或者波长）相位噪声就越低，输出激光的频谱线宽也就越窄。
对于这样的现象我们可以形象地理解为：体力不支，自身条件不足够优秀的光子们在长途跋涉的谐振腔内长跑过程中逐渐掉队被淘汰了，最终能够测试合格达到终点的光子数量减少，但是都很优秀。
从另外一个角度来看，单频半导体激光器的输出功率可能有几十个mW，而谐振腔直接输出未经放大的单频光纤激光器则比较难实现高功率的输出。
例如：低噪声掺铒光纤的DFB型单频光纤激光器谐振腔直接输出功率通常只有几十到几百个uW。
二、商用单频光纤激光器的两大分类商用的单频光纤激光器主要分成两大类，短直腔单频光纤激光器和复合腔或环形腔单频光纤激光器。
其中短直腔单频光纤激光器主要分为DFB 型（分布反馈）单频光纤激光器和DBR型（分布布拉格反射）单频光纤激光器。
1。
DFB型单频光纤激光器DFB型单频光纤激光器的原理和DFB型半导体激光器一脉相承。
有源区增益介质上布满了精心制作的有合适周期的光栅，其工作波长主要受到光栅周期的影响。
DFB型单频光纤激光器的增益介质是稀土掺杂光纤，不同的稀土元素决定了激光器的工作波段，例如掺镱（Yb）光纤工作在0。
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有源光器件和 无源光器件
3.1 激光原理的基础知识 3.2 半导体光源 3.3 光电探测器 3.4 无源光器件
3.1 激光的基础知识
3.1.1 玻尔的能级假说 3.1.2 光子 3.1.3 自发辐射 受激辐射和受激吸收 3.1.4 粒子数反转
3.1.1 玻尔的能级假说
能量最低的原子能级称为基态能级，其它 能量较高的原子能级称为激发态能级。
第 3 章 通信用光器件
光有源器件
定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件 –半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL) –半导体光探测器(PD,PIN,APD） –光纤激光器（OFL:单波长、多波长） –光放大器(SOA,EDFA) –光波长转换器(XGM,XPM,FWM) –光调制器（Modulators） –光开关/路由器（Switches）
光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关
调制器
光调制器
三通（多通） 光耦合器
混频器
光波分复用器
频率转换器 光波长转换器
电源
光源
探头
光探测器
集成电路
集成光路
光器件的分类
• 光电变换器件 • 光开关与调制器件 • 光放大器件 • 光色散补偿器件 • 光网络器件
光电变换器件
• F-P腔激光二极管(LD) • 分布反馈布拉格激光器(DFB) • 分布布拉格反射激光器(DBR) • 外腔激光器与Q开关激光器 • 发光二极管(LED) • 光纤激光器(OFL) • 垂直腔表面发射激光器(ECSEL)
E2 N2
h
E1 N1
E p h E2 E1
处于高能级的原子自发的辐射一个频率为ν、能量 为E的光子，跃迁到低能级，这一过程称为自发辐 射。是相位、偏振方向不同的非相干光。
3.1.3 .2 受激辐射 (stimulated radiation)
一个光子的能量Ep由下面的公式定义
Ep =hν（ 3.1.3-1 ）
h是普朗克常数(h=6.626 ×10-34 J • S)，而ν是光子的频率。
原子从高能级→低能级，对应于光子的辐射；原子从低能级 →高能级，对应于光子的吸收。
光的粒子性
• 和所有运动的粒子一样， 光具有能量、 动量 和质量， 也能产生压力， 使轮子转动 （Compton的实验）等。因此， 光也可以用粒 子的数目来描述。
• 单色光的最小量称为光子。 • 光子的能量E与光波频率ν的对应关系为
E h
式中， h＝6.626×10-34 J·s， 称为普朗克常数。
光的粒子性
• 光子具有运动质量，可表示为
m
E c2
光子的静止质量为零。
3.1.3 自发辐射 受激辐射和受激吸收
3.1.3 .1 自发辐射(spontaneous radiation)
Components and Modules in DWDM Networks Over 9000 Products
Transmission
• Source lasers • Modulators • Wavelockers • Detectors • Tx/Rx modules
DWDM
• Thin film filters • Fiber gratings • Waveguides • Circulators • Interleavers • Mux/Demux
光无源器件
定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件 –光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC） –光纤定向耦合器/分支器 –光分插复用器（OADM) –光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM) –光衰减器（固定、连续） –光滤波器（带通、带阻） –光纤隔离器与环行器（偏振有关、无关） –光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅
• 色散补偿
– 色散补偿光纤模块 – SOA色散补偿 – 光纤光栅色散补偿
• 色散管理
光网络器件
• 光耦合透镜（自聚焦透镜、玻璃球透镜） • 光连接器与光耦合器 • 光隔离器与光环行器 • 光滤波与光波分复用器件 • 光起偏器与偏振控制器 • 光波长转换与光波长路由器件 • 光调制解调器（Modem） • 光衰减器与光延时器件 • 光开关与光交叉连接器件 • 微光电机械芯片
h E2 E1
h =6.6261×10-34 Js
其中E2和E1分别为跃迁前、后的原子能级能量，h为普朗克常数，ν为电磁辐射的 频率。
3.1.2ห้องสมุดไป่ตู้光子
若原子从E2 → E 1 ，△ E=E2 – E 1 ， 这个差△ E将以一个量子的能量形式释放，一个量子的能
量被称为光子（photon）。
• 多波长光源与波长可调谐激光器
• 光电探测器(PD、PIN、APD)
光调制器件
• 幅度调制
– 机械调制 – 电光调制 – 直接调制 – 电吸收光调制(EA)
• 相位调制 • 偏振调制 • 光电集成芯片(OEIC) • 光子集成芯片(PIC)
光色散补偿器件
• 色散控制
– 色散位移单模光纤 – 非零色散位移单模光纤 – 大有效截面单模光纤 – 色散平坦单模光纤
光放大器件
• 掺铒光纤放大(EDFA) • 掺镨光纤放大(PDFA) • 掺钕光纤放大(NDFA) • 分布式光纤放大
– 喇曼光纤放大(SRFA) – 布里渊光纤放大(SBFA) • 半导体光放大(SOA)
系统：Systems 模块（组件）：Modules
器件：Devices 元件：Components
modules
Amplifiers
Switching
• Isolators • Tap couplers • Pump lasers • Gain equalizers • Attenuators • Integrated
amplifiers • SOAs
• Optical Switches
• Circulators • Couplers • Add/drop
• 光连接器Connector • 光衰减器Attenuator • 光耦合器Coupler • 复用器与滤波器Multiplexer and Filter • 光隔离器与环行器 Isolators & Circulators
光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关