2um TDFA 掺铥光纤放大器对1.6um的光进行放大实验

一、2um TDFA放大器介绍 

1、方案中各元件详情请点击对应图片：

我们筱晓采用1.95um的激光器作为种子源，用1.6um的激光器作为泵浦放大，泵浦功率要大一些，我们使用了L波段的EDFA放大器对1.6um的光进行放大。再把种子激光跟泵浦光通过波分复用器耦合在一起，输入到一段2米长2um的掺铥光纤中，经过光纤吸收后，传输到2um的耦合器中，一分为二，把测量的谱在中红外横河AQ6377光谱仪上观察波形。之后再利用Bristol 波长计观察做出来的TDFA放大器自发辐射的光谱。

二、市场背景及应用

市场上的2um的激光器功率一般较低，在10mW以内，在搭建光路实验中可能需要高功率输出。比如测量CO2气体,在实际应用中，激光在空气中会被吸收掉部分，所以我们需要大功率输出，也保证测量结果的准确性，这时候就需要我们使用放大器对光路进行一个放大作用，用一个低成本，便捷的方式完成实验。我们可以把1mW的种子激光泵浦到164mW输出，甚至能做到更大，可以满足大部分实验工作需求。

三、2um TDFA放大器技术原理

TDFA搭建原理图

三价铥离子Tm+3有着丰富的能级结构，能够吸收多种不同波长的泵浦光使离子进行跃迁，从而激发出不同波长的受激辐射光。其中，3H4-3F4的受激跃迁所辐射的激光波长范围为1450-1500nm左右，正好可覆盖S波段（1450-1520nm），其中心波长由基质和掺杂浓度等决定。因此就可以利用泵浦光将处于基态3H6的铥离子Tm+3抽运到激发态3H4实现粒子数反转，再经S波段信号光诱发后使处于激发态3H4的Tm+3受激跃迁到3F4同时辐射出于信号光一样的激光，实现S波段信号光的放大。

1. 2um TDFA的光谱图

TDFA的输出功率164mW时的光谱图

2. 2um TDFA的功率曲线

我们可以看出，输出的功率随着泵浦功率的增加而增加，并在泵浦功率达到阈值后呈现线性变化，可以方便我们对输出功率进行估值。

3. 2um TDFA的功率稳定性

我们实测功率波动4mW,功率稳定性在2%左右。

4. 2um TDFA放大器自发辐射光谱

 可以看出放大器自发辐射的谱宽有200nm，而且有大量吸收峰，尤其是水分子吸收。