掺Er3+光纤的γ射线辐射特性

本文研究掺Er³⁺光纤的γ射线辐射特性,发现在800到1600nm之间损耗都有显著的增加,有的增加800倍之多。光纤的γ射线辐照损耗特性具有β射线辐照类似的规律性。用γ射线的康普顿效应半定量地解释了这种类似性。对γ射线辐照损耗进行紫外线UV漂白,表明比热退火有更好的效果,能使损耗恢复50%。指出选用原子序数小的元素作光纤掺杂剂会有利于光纤抗辐照性能的提高。 关键词：     

大芯径紫外石英光纤γ射线辐照效应研究

阐述了三种不同芯径的紫外石英光纤的稳态γ射线辐照效应,对比研究了其发光特性、光谱衰减以及光谱展宽。设计了基于钴-60源的大芯径紫外石英光纤稳态γ射线辐照效应实验,对三种芯径(200μm,400μm和600μm)的光纤进行了研究。实验表明,大芯径紫外石英光纤在稳态γ射线辐照下存在稳定的发光现象,并对其光谱衰减有补偿作用,其光谱展宽效应不明显。     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107 Gy·s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109 Gy·s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出：在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出：光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

脉冲γ射线对光纤的辐射效应

介绍了光纤的损耗机制和γ射线对光纤的辐射效应,设计了针对脉冲γ射线作用于光纤而产生辐射感生损耗的实验测量系统。利用平均光子能量为0.3 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率2.03×107Gy.s-1,和平均光子能量为1.0 MeV、脉冲宽度25 ns、剂量率5.32×109Gy.s-1的2种脉冲γ射线分别作用于多模和单模光纤,分别采用波长为405,660,850,1 310和1 550 nm的激光光纤传输系统对辐射感生损耗进行了测量。获得了光纤辐射感生损耗和辐射剂量的关系,并对实验结果进行分析。从实验结果可以看出:在近红外到可见光范围内,脉冲γ射线对光纤作用产生的辐射感生损耗随探测波长减小而增大;在0.1~3.5 Gy剂量范围内,多模光纤辐射感生损耗和辐射剂量呈线性关系。分析辐射对光纤的作用机制和实验结果后得出:光纤基质原子的电子能级对传输光子的共振吸收而造成吸收损耗增加;光纤折射率分布的改变从而导致波导损耗增加。     

电子辐照对掺铒单模光纤损耗特性的影响

本文介绍了掺铒(Er³⁺)单模光纤电子辐照特性,测量了辐照前后和退火后的光纤参数。发现在0.80-1.60μm范围内辐照引起的损耗很大,在0.80-1.20μm短波部分辐照损耗遵循L_UV=0.342exp[E/0.166];而1.20-1.60μm长波部分遵循L_IR=2.2·10⁴exp[-6.08E](E的单位为eV)。120℃退火60h可使长波辐照损耗减少,但0.80μm附近的损耗反而增加。最后讨论了辐照损耗的机理 关键词：     

射频光纤链路γ射线辐致损伤特性实验研究

由于空间环境中宇宙辐射无处不在,工作在空间环境的光纤系统必须考虑辐致损伤特性。建立了10GHz的射频光纤链路传输系统,分别采用单模光纤和保偏光纤作为传输媒质。利用60 Co`γ射线源,在剂量率1rad/s总剂量50krad下,对射频光纤链路进行辐照实验,对两种系统做对比分析。实验结果表明,单模光纤链路的辐致损耗绝对值较大,保偏光纤链路的辐致损耗绝对值较小;单模光纤的幂律模型指数较保偏光纤大,即同样的辐照剂量,单模光纤受影响程度大。在辐照起主要影响因素的阶段,单模光纤延时差受辐照影响程度较保偏光纤稍小。辐致损耗和辐致延时差对光纤长度都有线性累加作用。从整体水平看,50krad的辐射总剂量对两种光纤造成的损伤并不大,传输的信号仍在可用的范围之内。     

可见与近红外波段光纤吸收的实验研究

对可见光和近红外波段内光纤的损耗进行了实验研究。采用光纤截断法对多色光在光纤传输过程的损耗进行了实验测量,得到了光纤在可见光波段内吸收系数对波长的变化关系。对在500nm到1000nm的波段内存在的多处光纤吸收峰值给出了相应的解释。     

可见与近红外波段光纤吸收的实验研究

对可见光和近红外波段内光纤的损耗进行了实验研究。采用光纤截断法对多色光在光纤传输过程的损耗进行了实验测量,得到了光纤在可见光波段内吸收系数对波长的变化关系。对在500nm到1000nm的波段内存在的多处光纤吸收峰值给出了相应的解释。     

γ射线辐照对掺Yb光纤材料性能的影响

采用改进的化学气相沉积法制备掺Yb石英光纤预制棒,以该预制棒制备了尺寸为10/130μm的双包层掺Yb光纤,将这些光纤分成若干组,在不同剂量的60Coγ辐射源下辐照,测试了光纤在辐射前后的吸收谱和激光性能以及光纤预制棒切片辐照后的吸收.实验结果表明:光纤中已存在的色心缺陷(如氧空位(II))和辐照引起的色心缺陷(如E’心、过氧基以及Yb2+离子)等因素的叠加作用可能导致辐照后的光纤在可见光区域的吸收显著增大;与辐照前相比,辐照后光纤的斜率效率、光-光效率显著下降,剂量越大激光性能下降得越厉害;基于Power-Law定理拟合了光纤辐致损耗与所受剂量的关系曲线,定量分析了不同剂量辐照后光纤激光性能下降的原因.研究结果将为进一步发展抗辐照光纤提供理论和实验依据.     

高性能反谐振空芯光纤导光机理与实验制作研究进展

传统实芯光纤无法克服材料本身固有的非线性、色散、瑞利散射、光照损伤等缺陷,微结构空芯光纤有望解决这些本征性问题,可以为高功率激光、非线性光学、生物光子学、量子光学、光纤传感、光通信等应用提供一个理想而方便的媒介.在技术实现的道路上存在着光子禁带空芯光纤和反谐振空芯光纤两种选项.后者具有宽带导光和高激光损伤阈值等优点,但是一直受困于较高的传输损耗.这一情况随着最近几年人们对反谐振导光机理和光纤制作技术研究的快速推进正在逐渐发生转变.本文回顾了我们团队五年来开展的系统性的理论和实验工作,介绍了一套直观的可定量计算的反谐振导光机制理论,展示了最新研制的高性能光纤.通过合理利用光纤结构中的局域性和全局性特征,突破了半解析计算反谐振空芯光纤限制损耗的难题;通过对光纤拉制条件的精密控制,制作出了紫外到中红外波段的各型光纤;并对进一步提高光纤性能和在此基础上的更丰富的光学应用研究进行了展望.     

左手材料纤芯双包层光纤的传输特性

对纤芯为左手材料,内包层和外包层都为右手材料的双包层光纤进行了分析.在弱导情况下,且不考虑介质损耗,由亥姆霍兹方程出发,得到了HE、EH、TE和TM导模的色散方程,并在远离截止条件下,对其进行简化.所有的TE和TM模都是简并的.分别讨论了内包层折射率和厚度对该左手材料光纤最低阶导模的影响,画出了各自的色散曲线,并和右手材料光纤导模相应色散曲线进行了比较,发现左手材料光纤的低阶导模具有反常的色散特性.     

小芯径掺铒光纤与单模光纤低损耗接续的研究

报道了掺铒光纤放大器中降低掺铒光纤与单模光纤接续损耗的一种新方法，采用在芯区直径较小的掺铒光纤端部拉锥的方法，使得掺铒光纤中的传输模场在锥形区域内扩散，从而与单模光纤中直径较大的本征模场良好匹配，实现低损耗接续，初步实验结果表明，该方法可获得小于１ｄＢ的接续损耗。     

弯曲增敏型光纤曲率传感器机理的研究

近年国外出现一种直接检测弯曲的低成本光纤曲率传感器,采用弯曲增敏技术提高光纤对弯曲的灵敏度。这种传感器的线性范围宽,能区分正向弯曲和负向弯曲,在测量较大弯曲变形的场合更具优势;并且适合埋入结构内部检测,通过转换还可测量轴向应变。然而其传感机理方面的研究仍处于探索阶段。通过分析光辐射度余弦定律理论、回音壁光线理论、沟槽角度理论等国内外对该传感器机理的研究成果,并基于平面波导的光散射损耗理论,提出了光纤曲率传感器的机理。指出弯曲引起光纤敏感区表面散射损耗的改变是导致光传输损耗改变的原因;推导出损耗与光纤弯曲半径、表面特性、光纤结构参量关系的数学模型,并通过实验验证了模型的有效性。     

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。     

螺旋光纤的导模

从波动方程出发，直接在本地坐标系（Ｓｅｒｒｅｔ－Ｆｒｅｎｅｔ框架）中研究了任何各向同性折射率分布的圆形芯弱导螺旋光纤导模的特性，得到两个重要的结论：（１）螺旋光纤的导模只能是右旋或左旋圆偏振模；（２）螺旋光纤不能传输ＴＥ模和ＴＭ模。这两个理论结果和已知的实验结果很好地一致。     

基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)的低损耗熔接技术是光子晶体光纤走向实用化必须解决的关键技术问题。提出一种基于光纤拉锥模场匹配技术的光子晶体光纤低损耗熔接的新方法,利用熔融拉锥机对模场不匹配的两类PCF进行预处理,结合常规电弧放电熔接技术对三种不同类型的PCF与SMF的熔接损耗进行实验研究。在实验中通过精确控制熔融拉锥机各种参数,实现了不同模场直径PCF和SMF的模场匹配,该方案同时通过优化各种电弧放电参数,使熔接后的损耗降到了0.3dB以下,实现了PCF-SMF之间低损耗、高强度的熔接,满足了不同模场PCF实际应用的要求,具有很好的潜在应用价值。     

椭圆包层光纤场的迭代近似解与漏模损耗计算

试图理论上处理椭圆包层各向异性光纤复杂的折射率分布。数学过程包括折射率分布的级数展开、δ－涵数的导数和积分以及用格林函数求解方程的迭代技术。给出了椭圆包层各向异性光纤漏模损耗的解析表达式。数值结果表明椭圆包层各向异性光纤的漏模损耗比领结型光纤小，比阶跃型各向异性光纤大；偏心率越大越有利于制造单模单偏光纤。     

PMMA光纤辐照特性研究

分析了聚合物光纤在辐照环境下的物理化学变化,实验研究了聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）光纤在不同剂量的γ射线辐照下的辐照损伤和恢复特性,测量了PMMA光纤在可见光波段的辐照光谱和恢复光谱以及在638 nm的辐照前后透过率及辐照损伤.测量结果表明,光纤的辐照损伤和恢复都有波长相关性,辐照剂量低于5 kGy,PMMA光纤在整个可见光波段的辐照损伤情况差别不大,辐照剂量超过5 kGy,PMMA光纤在400 nm~550 nm波段的辐照损伤比600 nm~800 nm的辐照损伤要严重.     

La掺杂对用于空间激光通信的掺铒光纤辐射损伤效应的影响

为验证La掺杂对于掺铒光纤抗辐照性能的影响，采用La掺杂光纤与无La掺杂光纤进行光纤辐照实验。使用⁶⁰Co辐照源在常温下对光纤进行累积剂量100 krad，剂量率6.17 rad/s的辐照实验。结果发现，La掺杂光纤在1 200 nm处损耗为0.030 67 dB(km·krad)，相比于无La掺杂光纤0.039 53 dB(km·krad)更低，且La掺杂光纤在辐照环境下的增益变化更小。通过光纤吸收谱和EPR谱辐照前后的对比，确定了Al-OHC缺陷为影响光纤辐致损耗的关键因素。La掺杂可以在一定程度上代替Al作为Er离子的分散剂从而增强光纤的抗辐照能力，且La掺杂对光纤的增益性能不会产生负面影响。该研究可为后续特种光纤在空间应用中的抗辐射加固设计提供参考。     

双层孔大模场微结构光纤的模式特性分析

本文分析一种由两层低折射率孔组成的大模场光纤的模式特性.采用多极法和有限元方法数值计算并分析了内层孔与外层孔尺寸变化对光纤基模与高阶模的束缚损耗与弯曲损耗的影响,设计获得了一种具有较高的高阶模和基模损耗比同时允许一定程度弯曲的大模场光纤.结果表明:当内层孔直径为34 μm,外层孔直径为24 μm时,其基模束缚损耗为0.000 17 dB/m,而高阶模束缚损耗为1.39 dB/m;光纤的基模模场面积为2 150.9 μm²,当弯曲半径为1.2 m时,弯曲损耗为0.106 dB/m.