伽马辐照对掺铒光纤性能影响的研究

为了推进掺铒光纤抗辐射性能的研究,全面掌握掺铒光纤性能在辐照条件下的变化规律。基于色心模型对掺铒光纤的辐照作用机理进行了分析,并据此对掺铒光纤在辐照中的性能变化趋势进行了预测推断。然后根据掺铒光纤的工作原理和应用特性,在伽马辐照条件下对两种不同型号(EDF-L-980和MP980)掺铒光纤的980 nm波段损耗谱、1 530 nm波段损耗谱以及发射光谱的特性进行了在线实时监测,并在辐照停止后进行了恢复测量。研究表明,在辐照中两种掺铒光纤的性能变化趋势一致。在损耗谱方面,980 nm波段和1 530 nm波段的损耗随辐照单调增加,980 nm吸收峰与1 530 nm吸收峰处的损耗与辐照剂量呈近似线性关系;在发射光谱方面,发射光谱强度随辐照单调降低,光谱能量向长波方向转移,平均波长和光谱带宽大幅增加,1 530 nm发射峰处的发光强度与辐照剂量也呈近似线性关系。辐照停止后,掺铒光纤体现出了一定的恢复能力,但是各项参数的恢复均不到40%。各项实验结果与理论模型和分析预测匹配良好,证明了辐照对掺铒光纤性能影响理论解释的合理性。     

铋/铒共掺光纤荧光特性实验研究

分别用980nm和830nm的半导体激光器作为泵浦源激发铋/铒共掺光纤,采用前向和背向泵浦方式分析放大的自发辐射谱特性.实验结果表明:随着泵浦功率的增大,荧光强度显著增强.利用980nm半导体激光器,采用前向泵浦方式可激发以1 142nm和1 536nm为中心的两个辐射带,以1 142nm为最高辐射峰的3dB带宽是141nm,以1 536nm为最高辐射峰的3dB带宽是29nm.利用830nm半导体激光器,采用前向泵浦方式可激发以1 421nm为中心的荧光谱,3dB带宽是447nm.980nm和830nm激光器分别前向泵浦铋/铒共掺光纤时,随着光纤长度的增加,荧光先增强后减弱;分别背向泵浦铋/铒共掺光纤时,随着光纤长度的增加,荧光强度先逐渐增强后保持稳定.在25~80℃的温度范围内,铋/铒共掺光纤的荧光强度几乎不受温度的影响.使用980nm和830nm泵浦源同时激发铋/铒共掺光纤,结果表明铋/铒共掺光纤的发光中心具有相对独立性,发光范围存在部分重叠.     

掺锗硅基高非线性光纤超连续光源研究

利用非线性偏振旋转锁模掺铒光纤激光器和1100m长的掺锗硅基高非线性光纤制作了超连续光源，获得了从1150～1750nm的超宽带输出光谱，其中1150～1350nm波段光谱起伏小于3dB，1600～1700nm波段平坦度优于1dB，并有很好的向长波延展空间。光谱展宽的机理为孤子分裂与受激拉曼散射，而四波混频使光谱进一步展宽。     

铒纤长度对掺铒光源性能影响的实验研究

实验演示了铒纤长度的选择对1550 nm双通后向超荧光掺铒光纤光源(DPB SFS)的平均波长以及谱宽性能的影响,特别是对平均波长稳定性的影响,实验分析了－20℃~60℃之间光源固有平均波长的变化,最终得到了铒纤固有热系数以及整个样机的平均波长稳定性随铒纤长度变化的实验曲线,对超荧光掺铒光纤光源的器件选择和优化设计具有重要参考价值.     

CO-FBMC/OQAM系统导频辅助的时域相位噪声补偿

对1550 nm铒镱共掺光纤放大器不同温度下的输出功率以及经过高温老化后的输出功率和光谱进行了实验研究。通过对比高温和常温下铒镱共掺光纤放大器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,得出铒镱共掺光纤放大器在高温环境工作可提高输出功率,且不同长度的增益光纤对温度的敏感性不同的结论。以Arrhenius模型为加速老化模型对增益光纤进行温度为85℃、时间为876 h的加速老化实验,结果表明在常温环境工作5 y后铒镱共掺光纤放大器的输出功率将降低11.24%,放大的自发辐射噪声将增加4.1 dB,根据指数模型预测得到该放大器的使用寿命为7.57 y,这些结果为改善光纤放大器的输出性能和寿命预测提供了理论基础和实验依据。     

L波段高掺铒光纤超荧光光源

采用半导体激光二极管泵浦12cm长高掺铒光纤,在双程前向装置中,获得了10.8mW最大超荧光输出功率,斜率效率10.6%,在1553.1~1588.6nm接近36nm的范围内,功率抖动小于0.2dBm。作为比较,在相同实验条件下泵浦10cm长的高掺铒光纤,结果显示输出光谱带宽明显下降,C波段的放大自发辐射远大于L波段的,由此也证明了L波段的放大自发辐射是由C波段的放大自发辐射泵浦产生的。     

石英基L波段扩展掺铒光纤及其放大性能

掺铒光纤放大器的增益带宽是限制光纤通信系统传输容量提升的重要因素.受铒离子激发态吸收所限,常规L波段掺铒光纤难以实现更长波段的带宽扩展.本文基于改进的化学气相沉积工艺成功制备了P/Al共掺石英基L波段扩展掺铒光纤,研究了共掺离子对于铒离子4I13/2能级到4I9/2能级激发态吸收的影响.通过分别搭建单级前向泵浦和多级的放大结构,测试了其宽带放大性能.基于前向980 nm泵浦的单级结构,当输入信号功率为–9 dBm,泵浦功率为530 mW时,该光纤在1625.3 nm处增益达10.5 dB,最大噪声指数为5.9 dB.多级放大结构下,该光纤在1625.3 nm处增益可达23.4 dB.实验结果表明P/Al共掺石英基掺铒光纤可以有效抑制铒离子的激发态吸收,为进一步扩展L波段增益带宽提供了强有力的可行方案.     

双包层掺Bi光纤的制备及其光谱特性研究

用改进的化学气相沉积方法和溶液掺杂方法制备了掺Bi双包层石英基光纤. 测试了掺Bi光纤预制棒切片的吸收光谱和掺Bi光纤在特定波长下的吸收系数,在不同波长的激光激发下, 研究了掺Bi光纤的近红外荧光光谱. 掺Bi光纤在976 nm激光激发下,其荧光光谱范围在1000---1400 nm之间, 荧光峰的峰值位于1140 nm附近,半高宽约为130 nm;在793和808 nm激光激发下得到了 1000---1700 nm的超宽带近红外荧光,半高宽超过250 nm.通过对掺Bi光纤预制棒切片进行900 ℃ 保温1 h的热处理后,发现在808 nm激光 激发下预制棒切片的荧光强度增加了近4倍.研究结果表明,具有超宽带荧光特性的双包层掺Bi光纤 有望作为超短脉冲激光器和可调谐激光器的增益介质.     

新颖的高功率L-波段掺铒光纤超荧光光源

研究了L-波段超荧光在光纤中的产生机理,设计了一种带光纤圈反射器的双级双程前向输出L-波段光源结构,通过对两级采用掺铒浓度不同的光纤并优化其长度及两级泵浦光功率,实验中获得了功率高达19.86mW(12.98dBm)、中心波长为1577.421nm的L-波段(1555-1620nm)超荧光光源。实现了低浓度掺铒光纤起诱导光及改善光谱的作用,高浓度光纤为主要发光源,采用光纤圈反射器提高了泵浦光的利用效率、光源的平坦度及稳定性。同时分析了结构中各个参量对光源各方面性能的影响,对光源的设计具有指导意义。     

高增益掺铒光纤的设计和制备研究

掺铒光纤放大器在光通信中有着广泛的应用。根据掺铒光纤的性能要求设计了合理的折射率剖面图,制备了高增益的掺铒光纤,在1530nm的吸收达到22dBm,在980nm泵浦光的吸收达到12dBm。其平坦增益带宽范围为1490—1560nm。     

Four-wave-mixing suppression in Er-fiber amplifiers by backward pumping

Amplification of chirped fs-pulses in an Erbium doped fiber amplifier upto 0.8 μJ resulted in an additional peak in the spectrum at 1584 nm. This peak, attributable to four-wave-mixing between the signal centered at 1559 nm and amplified spontaneous emission at 1534 nm, hinders the temporal recompression of the amplified chirped pulse. Compared to the forward pumping configuration, this four-wave-mixing in the amplifier was largely reduced in a backward pumping configuration. Based on simulations, explanations for the observed influence of the pump direction on the four-wave-mixing efficiency are presented. The results pointed out that the gain spectrum distribution along the fiber strongly influences four-wave-mixing effects in fiber amplifiers even for constant overall gain spectrum.     

掺铬钛酸锶晶体的氧化还原诱导吸收及发光的退火效应和浓度效应

制备了纯的、掺0.005、0.01、0.2和0.5wt%Cr2O3的钛酸锶单晶.测量了不同退火条件下的室温透射光谱及6.5K以上的荧光光谱.对晶体的氧化和还原热处理诱导吸收及退火和掺杂浓度对晶体发光的影响进行了较为详细的研究.     

衬底温度对ZnMgO薄膜结构和光致发光性能的影响

利用超声喷雾热解方法以不同的沉积温度(450～550 ℃)在石英衬底上制备出一系列ZnMgO薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构、表面形貌和光学性能。结果表明衬底温度对薄膜结构性能和光学特性影响显著。所有薄膜都呈六角纤锌矿多晶结构,其中在530 ℃条件下制备的样品C轴择优最明显,晶粒尺寸均匀,表面形貌平整,结晶质量最好。薄膜的光致发光谱显示随着温度的升高深能级跃迁范围逐渐减小,近紫外带边发光峰逐步出现。衬底温度为530 ℃时在374.5 nm处出现了明显的近紫外发光峰,且几乎没有明显的深能级跃迁出现。     

Investigation on stimulated Brillouin scattering characteristics in a highly doped Bismuth-based Erbium-doped fiber

Stimulated Brillouin scattering (SBS) characteristics in a 49 cm long highly doped Bismuth-based Erbium doped fiber (Bi-EDF) is investigated in the ring and linear cavity configurations. At Brillouin pump (BP) power of 6 dBm, the Brillouin laser peak power of the optimized ring Brillouin Erbium fiber laser (BEFL) is obtained at 23 dB higher than the peak power of the conventional linear cavity at an up shifted wavelength of 0.08 nm. This Bi-EDF ring cavity operates at nearly 1563 nm wavelength region, which is up-shifted by 0.08 nm from the Brillouin pump wavelength with the side mode suppression ratios (SMSR) of 29 and 23 dB in the forward and backward directions, respectively.     

非平衡磁控溅射法制备的Cr-DLC薄膜真空退火的Raman光谱研究

利用非平衡磁控溅射法制得厚度达到2.23 μm的掺铬含氢类金刚石(Cr-DLC)碳膜。采用Raman光谱和XPS对制得的薄膜进行了结构和热稳定性等表征。结果表明：室温时,薄膜在1 544 cm-1附近的Raman“G”峰归属于石墨结构中C—C键的伸缩振动,即E_2g 模式;而1 367 cm-1附近的“D”峰归属于sp2碳环的“呼吸”振动模式,即A_1g模式;计算得到薄膜sp3键的相对含量约为48at.%。加热至300 ℃,薄膜的Raman谱图与室温时相似,表明此温度段薄膜的结构稳定,未发生明显改变;至400 ℃时,I_D/I_G值迅速增大,sp2键含量升高, 表明此时DLC膜发生了明显的结构变化,开始发生石墨化。继续升温,膜中I_D/I_G比率增加,“G”峰位向高波数方向位移,表明 sp2/sp3比率逐渐增大,薄膜石墨化程度加强,sp2键的无序度逐渐降低,最终导致薄膜的摩擦系数和磨损率等逐渐增大, 热稳定性逐渐降低。退火600 ℃时,I_D/I_G值以及sp2键含量达到最大值,DLC薄膜失效。     

Mn掺杂Zn-In-S量子点的制备及发光性质研究

制备了Mn掺杂Zn-In-S量子点并研究了Zn/In的量比和反应温度对其发光性质的影响。在Mn掺杂的Zn-In-S量子点的发光谱中观测到一个600 nm发光带。通过改变Zn/In的量比,掺杂量子点的吸收带隙可从3.76 e V(330 nm)调谐到2.82 e V(440 nm),但600 nm发光峰的波长只有略微移动。这些掺杂量子点的最长荧光寿命为2.14 ms。当反应温度从200℃增加到230℃时,掺杂量子点的发光强度增加并达到最大值;而继续升高温度至260℃时,发光强度迅速减弱。此外,测量了Mn掺杂Zn-In-S量子点的变温发光光谱。发现随着温度的升高,发光峰位发生蓝移,发光强度明显下降。分析认为,Mn掺杂Zn-In-S量子点的600 nm发光来自于Mn2+离子的4T1和6A1之间的辐射复合。     

Spectral luminescence and information characteristics of transparent lead fluoride nano-glass-ceramics doped with erbium ions

Spectral luminescence properties of synthesized transparent nano-glass-ceramics doped with erbium ions are studied. It is shown that, as a result of the secondary heat treatment of nano-glass-ceramics, the width of the luminescence spectrum at half maximum increases more than by 15 nm. Luminescence life-time dependences of erbium ions in studied samples are measured, their absorption cross-sections are determined, and their emission cross-sections are calculated by the McCumber method. Spectral and ultimate information characteristics of erbium-doped fiber amplifiers based on synthesized nano-glass-ceramics are numerically simulated. It is shown that, in the unsaturated gain regime, a substantial ripple of the absorption and emission cross-section spectra and shorter lifetime of the metastable level of the erbium ion reduce the pumping radiation power that is required for obtaining the given peak gain, narrow the gain spectra, and lower the transmission capacity of devices based on nano-glass-ceramics compared to the initial glass. Conversely, fiber amplifiers based on calcium fluoride glass-ceramics, for which the lifetime of the metastable level increases with increasing annealing temperature, have an advantage in the transmission capacity over devices based on the primary glass.     

铒离子与其它稀土离子共掺杂特性研究

掺铒光纤放大器设计应用于多波段放大,铒离子与其它稀土离子共掺杂所特有的宽吸收谱特性,使其在高功率放大器和高功率激光器的应用中得天独厚。为得到更宽放大带宽,最主要的是改变掺杂光纤的光谱性能。本文涉及的铒与镱、铥以及镧共掺杂光纤是采用MCVD工艺制备的,主要研究了离子浓度和掺杂比例对光纤光谱性能的影响。发现EDF的吸收与铒离子掺杂浓度以及铒离子与其它稀土离子的掺杂比例有关,同时通过加入其它稀土离子可以加宽EDF的吸收带。     

Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性

以金属Au-Al为催化剂,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、生长时间为30 min,从Si(100)衬底上直接生长了直径约为50～120 nm、长度为数百纳米的高密度、大面积的Si纳米线。然后,利用Tb₂O₃在不同温度(1 000～1 200 ℃)、掺杂时间(30～90 min)和N₂气流量(0～1 000 sccm)等工艺条件下对Si纳米线进行了Tb掺杂。最后,对Si(100)衬底进行了Tb掺杂对比。室温下,利用荧光分光光度计(Hitachi F-4600) 测试了Tb掺杂Si纳米线的光致发光特性。实验研究了不同掺杂工艺参数(温度、时间和N₂气流量)对Tb3+绿光发射的影响。根据Tb3+能级结构和跃迁特性对样品的发射光谱进行了分析。结果表明,在温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 500 sccm、时间为30 min等条件下制备的Si纳米线为掺杂基质,Tb掺杂温度为1 100 ℃,N₂气流量为1 000 sccm、光激发波长为243 nm时,获得了最强荧光发射,其波长为554 nm(5D₄→7F₅),同时还出现强度相对较弱的494 nm(5D₄→7F₆),593 nm(5D₄→7F₄)和628 nm(5D₄→7F₃)三条谱带。Tb掺杂的体Si衬底在波长554 nm处仅有极其微弱的光致发光峰。