实验5讲义

通信与信息技术公共实验中心光通讯与光信息技术与系统实验平台实验指导说明书（五）实验名称：激光器仿真与分析实验2005.6一、实验名称：激光器仿真与分析实验二、实验类型：开放性三、实验学时：3学时四、实验对象：研究生五、实验目的：了解和掌握构成一个激光光源系统所需的基本组成部分，了解增益材料的特性与基本特点及激光器性能的评判方法。六、实验内容：搭建激光器仿真系统，观察参数的调整对各项指标的影响，深入理解激光器的原理及特性。七、实验设备：PC机；OptiSystem4.0。八、实验原理：1、激光器系统的基本组成在光纤放大器内加入适当的光反馈机制后，任何光纤放大器都可以转化为激光器，这种激光器被称为光纤激光器。它的腔形可以有多种选择，在本实验中我们使用环形腔设计。该系统主要包括泵浦源、掺铒光纤，WDM耦合器、隔离器及输出耦合器。如果使用的是普通的掺杂光纤，而不是保偏光纤，还需要插入一个偏振控制器。此外，在系统中插入可调滤波器，以实现输出波长的选择。WDM泵浦源隔离器输出耦合器光滤波器掺铒光纤激光器输出图5.12、激光器的主要性能指标表征激光器特性的两个重要参数是阈值泵浦功率和达到阈值后将泵浦功率转换为激光器输出功率的效率。激光器阈值是由激光在腔内每次往返中的增益能够完全补偿腔内总损耗这一条件决定的。激光功率随吸收的泵浦功率线性增加，其达到阈值后的变化斜率为输出功率的效率。九、实验步骤与结果：1、采用窄带滤波的光纤激光器搭建如图5.3所示系统，双击空白页面，改变全局变量Simulation/Sequencelength为32，Samplesperbit为32，Signal/Iterations改为30，并选中Initialdelay(如图5.2所示)图5.2系统所用器件为:1．Default/TransmittersLibrary/OpticalSource/PumpLaser2．Default/PassivesLibrary/Optical/Couplers/PumpCouplerBidirectional3．Default/AmplifiersLibrary/Optical/EDFA/ErbiumDopedFiber4．Default/PassivesLibrary/Optical/Couplers/CouplerBidirectional5．Default/PassivesLibrary/Optical/Isolators/IsolatorBidirectional6．Default/FiltersLibrary/Optical/TransmissionFilterBidirectional7．Default/ToolsLibrary/OpticalNull8．Default/VisualizersLibrary/Optical/OpticalPowerMeterVisualizer9．Default/VisualizersLibrary/Optical/OpticalSpectrumAnalyzer图5.3系统参数设置：系统的总扫描数(totalsweepiteration)设置为15。器件参数设置：隔离器IsolatorBidirectional的参数InsertionLoss改为6dB，光滤波器TransmissionFilterBidirectional参数线宽Bandwidth为1nm，中心波长centerwavelength为1559nm。泵浦激光器的功率(Power)设置为sweep方式，从1mW到15mW线性递增。图5.4运行系统后，双击OpticalPowerMeterVisualizer，将SignalIndex调整至31（如图5.4），在report里得到输出功率（OpticalPowerMeterVisualizer/result/NoisePower(W)）与泵浦功率（PumpLaser/Prameters/Power）的函数曲线。从图中得到激光器的以下参数：阈值泵浦功率mW；输出效率为。使用频谱仪观察其输出频谱。将SignalIndex调整至31，双击频谱仪，改变工具栏中的SweepIteration（如图5.5所示），分别观察SweepIteration3、7、15时对应不同泵浦功率下的输出频谱，并将其基本形状记录在下面。图5.5泵浦功率＝3mW泵浦功率＝7mW泵浦功率＝15mW分析光谱的变化趋势和原因2、采用宽带滤波器的光纤激光器重建如图5.3所示系统。将全局变量Signal/Iterations改为200，系统的总扫描数(totalsweepiteration)设置为8。泵浦激光器的功率(Power)设置为sweep方式，从0mW到15mW线性递增。将光滤波器TransmissionFilterBidirectional的参数线宽Bandwidth改为10nm。运行系统后，双击OpticalPowerMeterVisualizer，将SignalIndex调整至201，在report里得到输出功率（OpticalPowerMeterVisualizer/result/NoisePower(W)）与泵浦功率（PumpLaser/Prameters/Power）的函数曲线。从图中得到激光器的以下参数：阈值泵浦功率mW；输出效率为。运行系统后，双击频谱仪，将SignalIndex调整至201，观察其输出频谱，并将其基本形状记录在下面。十、实验思考题：观察和比较滤波器为1nm和10nm时的频谱及阈值曲线，分析激光器中滤波器的带宽对其性能的影响：