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《大连工业大学》 2013年
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铒镱离子掺杂锗碲酸盐玻璃光纤的制备与光学信号增益

申栗繁  
【摘要】:随着光纤通信容量的不断扩大和计算机网络功能化的迅速发展,仅有35nm放大带宽的传统掺铒光纤放大器已不能满足未来光通信发展的要求。寻找新型光纤放大器材料,获得增益平坦型宽带光纤放大器,并向C波段以外区域扩展其工作波长,已成当务之急。基于这种考虑,我们设计制备了 Er3+/Yb3+掺杂低声子能量锗碲酸盐玻璃光纤放大器,测试解析了Er3+ 在其中的光学和光谱特性,并对其信号增益能力进行了系统的表征和研究,为Pr3+、Tm3+和Ho3+掺杂重金属锗碲酸盐玻璃制备特殊波段信号放大器奠定基础。本工作取得了以下成果:1.采用高温熔融法制备了Er3+/Yb3+共掺杂重金属锗碲酸盐玻璃(NZPGT)。采用Judd-Ofelt理论拟合了吸收光谱,求出了Er3+的J-O参数Ωt(t = 2,4,6)分别是6.777×10-20,1.536×10-20和1.167×10-20cm2,并根据J-O参数计算了Er3+的跃迁振子强度、自发辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。在980nm波长光激发下,NZPGT玻璃中Yb3+直接敏化Er3+,产生了有效的红外发射。在1535nm处,Er3+离子的吸收截面和发射截面分别为7.77×10-21 cm2和7.53×10-21cm2。Er3+/Yb3+共掺杂的锗碲酸盐玻璃(NZPGT)具有低声子能量和较大发射截面,有望成为新一代红外激光材料。2.光纤预制棒由纤芯和包层组合构成,光纤纤芯的折射率大于包层折射率,满足纤芯和包层相对折射率要求范围。Er3+/Yb3+共掺杂重金属锗碲酸盐纤芯和包层玻璃的转变温度和结晶温度的差值均大于100℃,说明重金属锗碲酸盐玻璃具有良好的抗结晶稳定性,适合拉制出高质量的光纤。另外,纤芯和包层具有相同的转变温度,在光纤的拉直过程中,确保纤芯和包层玻璃能够在相同的温度条件下熔融。3.利用棒管套接法制备出了具有良好的热稳定性和柔韧性的Er3+/Yb3+共掺杂重金属锗碲酸盐玻璃光纤,表征了 Er3+/Yb3+共掺重金属锗碲酸盐光纤的光学性能,测得光纤纤芯和包层的相对折射率为0.84%,近场模式直径为5.56μm,计算出数值孔径为0.24。并对其信号放大能力进行了系统研究,测得5.3cm长光纤放大器在1536nm波长处的光学增益和相对增益系数分别为33.16dB和6.26dB/cm。相对增益补偿了传输损耗和吸收损耗,并且在1536nm处得到了其最大内部增益为12.59dB,最大内部增益系数2.38dB/cm超过了铯硅酸盐玻璃光纤和碲酸盐玻璃光纤,Er3+/Yb3+共掺杂重金属锗碲酸盐玻璃光纤良好的信号放大性能表明稀土离子掺杂重金属锗碲酸盐玻璃光纤放大器的开发具有很大的潜力。本文研究表明具有良好热稳定性和柔韧性的重金属锗碲酸盐玻璃是优良的制备特殊波段玻璃光纤放大器的基底材料。基于Er3+/Yb3+掺杂重金属锗碲酸盐玻璃光纤的制备成功和其信号放大的优良特性,我们相信具有较低声子能量对UV敏感的Pr3+,Tm3+和Ho3+掺杂重金属锗碲酸盐玻璃光纤将会为发展0-,S-,C-,L-和U-特殊波段增益平坦光纤放大器及军用和对人眼安全的医疗激光带来新的惊喜。
【学位授予单位】:大连工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN253;TQ171.1

【参考文献】
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