光纤放大原理及器件优化设计

序

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤通信的发展

1.2.1 光纤通信发展简介

1.2.2 全光网

1.3 光纤放大器

1.3.l 光放大器的分类

1.3.2 掺铒光纤放大器

1.3.3 掺铥光纤放大器

1.3.4 掺镨光纤放大器和掺钕光纤放大器（NDFA）

1.3.5 量子点光纤放大器（QDFA）的提出

1.3.6 非线性光放大器

1.3.7 半导体光放大器

1.3.8 几种光放大器的比较

1.3.9 光纤放大器的增益平坦技术

1.4 光纤放大器的市场和发展

1.4.1 光纤放大器的市场

1.4.2 光纤放大器技术的发展

参考文献

第2章 稀土离子简介

2.1 稀土元素原子物理

2.1.1 4f电子壳层

2.1.2 4f电子光谱

2.1.3 半经验的原子和晶体场的哈密顿函数

2.1.4 能级适配

2.2 稀土离子光谱

2.2.1 4fN跃迁的特征

2.2.2 单光子跃迁强度——Judd-Ofelt理论

2.3 基本光学性质

2.3.1 跃迁截面

2.3.2 能级寿命

2.3.3 线型和谱线加宽

2.4 Er3+离子光谱

2.4.1 能级结构和光谱

2.4.2 能级寿命

2.4.3 截面和谱线宽

2.5 Er3+-Er3-的相互作用

参考文献

第3章 掺铒光纤放大器

3.1 三能级系统

3.1.1 三能级模型

3.1.2 三能级速率方程

3.1.3 小信号增益

3.1.4 增益饱和

3.1.5 光纤的最佳长度

3.1.6 重叠因子

3.2 二能级模型

3.2.1 二能级近似

3.2.2 一般情况下的速率方程

3.3 放大的自发辐射

3.3.1 噪声功率和噪声带宽

3.3.2 噪声系数（NF）

3.3.3 噪声功率方程

3.4 二能级系统的解析法

3.5 包含放大自发辐射的建模

3.5.1 速率方程

3.5.2 平均反转和均匀展宽

3.5.3 非均匀展宽

3.6 高浓度掺铒的能级上转换

3.6.1 引言

……

第4章 掺铥光纤放大器

第5章 量子点简介

第6章 量子点光纤及光纤放大器

第7章 优化设计

第8章 器件与集成

第9章 光纤通信系统中的光放大器

附录 本书主要物理量符号对照表

《光纤放大原理及器件优化设计》首先概述了用于光纤放大器的稀土离子的基本物理性质和光谱特性，介绍了光纤通信中的主力光纤放大器—一掺铒光纤放大器的工作原理和研究方法。在简述了纳米晶体（量子点）的基本概念和量子点的理论模型之后，讨论了半导体量子点的光学特性、实验室量子点和量子点光纤的制备、量子点的热稳定性；然后，详细讨论了量子点光纤光谱、单/多掺杂量子点光纤放大器的增益带宽和噪声特性、量子点光纤激光器等。在器件优化设计部分，简述了遗传算法，给出了遗传算法应用于光纤放大器优化设计的一些例子。最后，介绍了光纤通信系统中的器件与集成、光纤放大器的组成及其噪声特性等。

　　《光纤放大原理及器件优化设计》有两个特点：一是系统讨论了用量子点代替传统的天然稀土离子作为增益介质的量子点光纤和量子点光纤放大器；二是将具有全局优化特点的遗传算法引入到光纤放大器的优化设计中。

　　《光纤放大原理及器件优化设计》可作为物理类光学、光学工程、通信工程、光电子技术等领域的教学参考书，也可供相关科学和工程技术人员参考使用。《光纤放大原理及器件优化设计》由程成，程潇羽编著。

《光纤放大原理及器件优化设计》首先概述了构成光纤放大器的掺杂稀土离子的基本物理性质和光谱特性；讨论了目前的主力放大器——掺铒光纤放大器的基本原理和研究方法；简单介绍了另一种掺杂光纤放大器——掺铥光纤放大器；在介绍了纳米晶体量子点的基本概念、量子点的光学特性以及实验室量子点和量子点光纤的制备这些必需内容之后，详细讨论了量子点光纤光谱以及量子点光纤放大器的增益带宽和噪声特性；然后，介绍了遗传算法，论述了近年来遗传算法应用于光纤放大器的优化设计；最后，概述了光纤通信系统中的器件与集成、光纤放大器在光纤通信系统中的组成以及噪声特性。