為什麼摻鉺光纖激光器要用1550的波長？

02-06

看了一下有可飽和吸收體的激光器很多都是1550，1560左右的波長，為什麼要用這個波長？跟在這個波長下可飽和吸收體的透過率有關嗎？
再順便問一下調製深度怎麼理解？

第一，因為1550波段在「質量好」的石英光纖中損耗特別低，低到幾千米也就損耗「那麼一小點」。所以就跟電線一樣遠距離傳輸當然選用電阻低的，那既然這樣，為什麼做激光器不首選1550呢？這就是所謂的光纖通信窗口，所以人們為了打dota2，lol，以及wzry，就要高個更快的網路，就要給家裡拉一根光纖，誰都不想伺服器的信號傳到自己家裡就已經衰減沒了。

第二，因為在石英中摻雜的鉺離子，其能級結構中剛好有兩個能級的能級差對應的光子能量是1550nm波長的光，那要做激光，增益粒子能級當然要跟你的光子能量匹配啊。這樣才能受激輻射和粒子數反轉出1550的光，不是么？

第三，這個鉺離子在石英中更牛逼的一點是他分裂的子能級會因為一堆各式各樣牛逼的原子物理知識的原因變寬，並相互重疊在變成能帶，那這就厲害了，能躍遷的能級差不僅僅對應1550了，連他邊上正負十幾個納米的其他波長光也一起給增益了，這樣寬的增益帶寬，又是腔內多模振蕩的前提，多模振蕩又是鎖模的前提，鎖模又是超短脈衝激光的前提。簡而言之，摻鉺光纖能做脈衝激光器，其他不具有能級加寬，或加寬不夠的離子就很難做脈衝激光器。

綜上，摻鉺光縴手機做低損耗1550脈衝激光的不二人選！

以上

哦對了，調製深度。

可飽和吸收體意思是對能量強的光吸收少，對能量弱的光吸收多。如果光賊TM強，可飽和吸收體就飽和了，就乾脆不吸收了，那麼。想像其吸收能力隨光強變化就是個斜坡，斜坡越緩和，深度越大，越陡峭，調製深度越小。

以上是我編的，哈哈哈哈，如有不對歡迎指正。

主要是光纖里損耗小

這就涉及到光纖中的幾個常見的通信窗口了。

1550nm附近是一個吸收谷，這裡氫氧根的吸收很小，損耗接近瑞利散射所規定的極限。

這一點 @小熊的咪咪蝦條也提到了。

1310nm也還不錯，因此也很常用。850nm早期有，後來不多見了，似乎最近在數據中心的短距離光通信應用上有了第二春？

這個波段也就是通常說的c波段。主要的光纖通信，尤其是中長距離的，現階段基本都是採用1550nm波長的。當然不要和我抬杠什麼s帶l帶e帶，這不是那幾個波段就算天花亂墜，但也還沒見著什麼靠譜的產品出來嘛...

圖我就不放了，其他答主把我想放的圖已經放上來了...

然後，鉺的發射譜正好能覆蓋1550nm附近的整個光通信波長範圍，同時，在該範圍內增益還算得上比較平穩沒有大起大落，能夠一直用到現在不是沒道理的。

至於為什麼發射譜是能覆蓋1550nm？這個鍋表示應該甩給量子力學解釋。能帶之間的能量差值合適，自然就會有這樣的結果。

甩一段維基百科吧。

EDFA的放大原理與激光產生原理類似，光纖中摻雜的稀土族元素Er(3+)其亞穩態（meta-stable state）和基態（ground state）的能量差相當於1550nm光子的能量。當吸收適當波長的泵浦光能量（980nm或1480nm）後，電子會從基態躍遷到能階較高的激發態（exciting state），接著釋放少量能量轉移到較穩定的亞穩態。在泵浦光源足夠時鉺離子的電子會發生居量反轉（population reverse），即高能階的亞穩態比能階低的基態電子數量多、當適當的光信號通過時，亞穩態電子會發生受激輻射效應，放射出大量同波長光子、但因為存在振動能階，所以波長不是單一而是一個範圍，典型值為1530~1570nm

其中居量反轉應該翻為粒子數反轉更好。

總之大致就是這樣的，因為光通信發現1550nm附近損耗少所以用1550nm的光承載信息。同時，我們還想在傳輸過程中，通過純光學的方法，而非電-光-電的兩次轉換，就實現信號的放大，因此需要找一種發射譜能夠覆蓋1550nm附近的c波段的元素用以摻雜在光纖裡面。這種元素，恰恰是鉺，所以常見的就成為了摻鉺光纖放大器，而不是摻銩、摻鍀光纖放大器之類的。

順帶一提，1310/1550nm，使用的光纖主要有G652，G653，G655，G657等

G652單橫模，1310nm，色散較大，俗稱單模光纖SMF
G653單橫模，1550nm，色散為零，俗稱色散位移光纖DSF
G655單橫模，1550nm，色散很小但不為零，俗稱非零色散位移光纖NZDSF，主要是相比G653，通過引入色散，解決了在DWDM裡面的四波混頻問題。
G657單橫模，1550nm，色散很小但不為零，俗稱彎曲不敏感光纖，也可以叫腦子有坑...啊呸折射率有坑...算了反正就是Trench Index Fiber，相比G655也就是加了一個腦洞...呸折射率變化，主要適用於光纖接入網（光纖入戶）FTTH

就是損耗相關，水損耗是玻璃光纖無法避免的，即使在預製棒里用盡一切辦法除盡OH，最後還是會出現，OH的損耗是非常大的，而過了1600以後，基本上紅外吸收明顯增強，所以1550是玻璃光纖的最低損耗窗口，fiber impurity loss在這最低。我們使用光纖的前提條件就是高錕那個諾貝爾獎paper說的，如果損耗足夠低，我們就能用光纖，幾個通信窗口就是在最低的損耗附近。第二， Er doped fiber，能級相對比較乾淨唄，multi phonon absoption 和其他躍遷也少，SMF就很容易好做了，不然power高了以後，NL能毀了全部。

可飽和吸收體好像在很多波段都能用啊，而所說的1550,1560是摻鉺光纖的主要工作波段。或許是鉺纖比較便宜吧，而且1550波段的器件也最成熟，所以做的人多，自然做這個波段可飽和吸收體的人也多。

調製深度我理解為通過可飽和吸收體被漂白的程度，最大可損耗的光功率的標度。

跟透過率沒有什麼關係，可飽和吸收體很多啦，在可見光，1微米和2微米的波長下也都有很多應用啊。之所以1.5um的多，應該是這個波段的光纖的損耗低，很容易就有調Q或者鎖模現象，當然發的文章就多了。還有題目問得有問題，波長在1550nm是由腔內的增益光纖決定的，摻鉺光纖的發射波段本來就覆蓋了這個波長。可飽和吸收體頂多會由於工作帶寬的限制，使得它只適用於特定波段，但現在很多可飽和吸收帶寬都足夠寬了，如現在很多人都在玩的二維材料。

可飽和吸收性大概的意思就是可飽和吸收體對激光的透過率會隨著光強的增加而增加，最終趨近於一個固定值。這樣，對於一個脈衝峰值處的透過率肯定是要大於兩翼的透過率，在腔內循環多次之後脈衝的兩翼由於損耗大變得越來越弱，脈衝自然就越來越尖，這樣就可以獲得短脈衝輸出。調製深度就是可飽和吸收體在高光強下飽和之後的透過率與在弱光強下的透過率的差值。調製深度越大，可飽和吸收體對光脈衝的調製就會越強，這種透過率的差異也就越大，可想而知脈衝將會更窄。

個人拙見，見笑