温度对掺铒光纤光谱特性影响研究

不断提高以掺铒光纤为核心的光纤器件功率是研究与应用领域中的一个重要课题。高功率光纤器件内能量聚集会发热升温,造成器件光谱参数性能显著变化,进而造成以掺铒光纤为核心的光学器件的性能发生显著变化。因此对掺铒光纤在大温度范围下的光谱性能进行研究具有重要意义。利用斯塔克能级展宽理论建立了掺铒光纤吸收系数与温度的关系模型,在此基础上结合McCumber理论仿真计算了掺铒光纤荧光寿命与温度的关系。以OFS-MP980型掺铒光纤为实验对象,测量了掺铒光纤在常温至900 ℃范围内的吸收光谱、发射光谱。结果表明,温度升高造成980 nm波段吸收系数整体下降,且吸收系数的峰值波长增加,平均增加率0.625 nm/100 ℃。1 530 nm波段吸收系数整体展宽,且峰值吸收系数下降,平均下降率为-0.19 dB/100 ℃。600 ℃以内荧光寿命随温度呈近似线性下降,下降率为-0.23 ms/100 ℃。600 ℃以内理论模型能够反应温度造成峰值吸收系数、荧光寿命近似线性变化的趋势。     

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.     

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.     

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。     

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。     

一种基于新型长周期光纤光栅的动态增益均衡器

报道了一种用高频CO²激光脉冲写出的长周期光纤光栅的温度特性和弯曲特性.实验表明,这种长周期光纤光栅的波长漂移随温度的变化呈线性关系,它的透射峰幅值变化随弯曲量的变化也呈线性关系.基于这两种线性关系,通过控制新型长周期光纤光栅的谐振峰位置和幅度,动态平坦了一组掺铒光纤放大器增益谱线.实验结果表明在C波段32nm范围内掺铒光纤放大器增益谱线平坦度可动态调整为±0.7dB.     

掺Bi石英光纤的γ射线辐照和温度影响特性

采用改进的化学气相沉积法制备了尺寸为10/130 μm的掺Bi单包层石英光纤, 把光纤分成若干组之后置于不同剂量的⁶⁰Co γ辐射源下辐照, 测试了光纤在辐照前后的吸收谱和荧光谱, 并测试了光纤在全温度范围(-40–70 ℃)下荧光强度的变化. 实验结果表明, 辐照后700, 800 nm处的吸收峰显著增强, 这是由于辐照导致更多Bi 近红外活性中心的生成. 976 nm光抽运不同剂量辐照后的光纤, 中心位于1230 nm的荧光谱没有明显变化, 验证了掺Bi石英光纤用于太空及辐照环境下光通信的可能性. 在全温度范围内, 分析了荧光强度的变化规律, 为今后掺Bi光纤激光器的稳定工作提供了数据基础.     

L波段线型腔波长可调谐掺铒光纤激光器

报道了工作波长在L波段的由两个光纤环境构成线型谐振腔的掺铒光纤激光器，通过调整环境中偏振控制器的状态来改变环境对不同波长的反射率以实现某些波长的激光输出。线型腔内的激光工作介质为两段不同掺杂浓度的掺铒光纤，其中一段铒光纤由一980nm激光器抽运，其产生的放大自发辐射谱在腔内再同时对两段掺铒光纤进行抽运，使它们的增益谱移位到L波段。实验中观察到了波长从1566．4nm到1592.4nm范围内可调的稳定的连续激光输出，其波长调谐范围达26nm。     

基于增益光纤长度优化的双波长运转掺铒光纤锁模激光器

构建了可自启动的双波长运转掺铒光纤锁模激光器.通过优化增益光纤长度,利用掺铒光纤在1530nm附近的再吸收效应调节激光器的增益谱,使激光器在1530nm和1560nm附近具有相同的增益强度.实验中采用31cm掺铒光纤作为增益光纤,以透射式半导体可饱和吸收体作为锁模器件,实现了自启动双波长锁模运转.激光器锁模输出重复频率为58.01MHz,信噪比为58.2dB,最高输出功率为4.8mW.锁模输出的光谱在1532.4nm和1552.3nm处具有两个强度接近的谱峰,谱峰间距约为20nm.该激光器无需手动调节即可实现双波长运转,更便于实际使用.     

掺铒光纤吸收截面和辐射截面的简单估算方法

提出了一种利用损耗谱测试数据直接计算吸收和辐射截面的近似方法，并实际计算了一些掺铒光纤的截面特性。这对掺铒光纤放大器的理论分析和优化设计有着重要的意义。     

掺铒光纤环形激光器输出特性的研究

根据掺铒光纤激光器的速率方程，对环形腔光纤激光器的输出特性进行了理论分析，得到了光纤激光器在稳态条件下阈值抽运功率、激光输出功率和斜率效率的解析表达式。利用数值模拟结果对光纤激光器的这些基本特性参量进行了分析和讨论，为光纤环形激光器的优化设计提供了依据。并进行了980nm抽运的掺铒光纤激光器的实验，实验证明理论分析得到的基本特性是合理的。     

掺铒光纤激光器输出特性的解析研究

从描述掺铒光纤激光器的速率方程组出发，对９８０ｎｍ和１４８０ｎｍ波段泵浦下掺铒光纤激光器的输出特性进行了解析研究，得到了这两个波段泵浦下下输出功率，斜效率等重要参烽的隐式或显示解析表达式。     

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.     

Estimation of cut-off wavelength of rare earth doped single-mode fibers

A new empirical relation is proposed describing spectral variation of mode-field radius (MFR) as inferred from measurements in the far-field of the fiber. It is shown that using this relation, it is possible to estimate the cut-off wavelength (λ_c) of the fiber. The proposed technique is successfully tested through measurements made on two standard step index single-mode fibers, as well as on an erbium doped fiber (EDF) having λ_c falling within its strong absorption band around 980 nm. This empirical formula is more accurate than the widely used Marcuse's formula to describe spectral dependence of MFR determined through measurements made in the fiber's far-field. The proposed technique is especially suited for estimation of λ_c of doped fibers in which λ_c falls within an absorption band.     

混合泵浦两段级联掺铒光纤放大器实验研究

基于内插隔离－耦合环两段级联新结构，采用９８０ｎｍ与１４８０ｎｍ激光二极管混合泵浦方式，研制出在１．５５μｍ波段兼具高增益，大功率，低噪声九特性的掺铒光纤放大器。     

Effect of gamma ray irradiation on optical properties of Nd doped phosphate glass

The effect of gamma irradiation in the dose range of 5-500 kGy on the optical absorption and luminescence spectra of Nd doped phosphate glass is reported. The spectral absorption of this glass before and after gamma irradiation was measured in the spectral range 300-900 nm at room temperature using spectrophotometer and synchrotron beamline. Drastic increase in absorption was noted below 600 nm after gamma irradiation, which was dependent on the dose of irradiation. Additional absorption (AA) spectra of irradiated sample shows generation of two absorption bands below 600 nm, which finally became one very broad band peak with increased intensity at irradiation dose of 500 kGy. AA spectra also show the presence of negative peaks at the location of absorption peaks of Nd³⁺. Photoluminescence of Nd doped phosphate glass shows two strong bands which decreases to a very low intensity with a red shift after gamma irradiation. These results indicate that irradiation produces different kinds of defects in the glass material along with conversion of valence state of Nd³⁺ to Nd²⁺. This change was found irreversible at room temperature.     

二氧化锆纳米材料中三价铒离子的上转换发光

固态蓝绿光源非常适合于高强度光存储、色平板、光电和医疗诊断，迄今为止，对各种晶体中上转换发光进行了广泛的研究。三价铒离子由于其相当高的上转换发光速率被作为一种激活离子而受到研究者的表睐。我们用共沉淀法制备了掺铒离子的二氧化锆纳米材料，并对纳米的结构，颗粒大小，声子能量进行了表征；用980nmLD和F－4500荧光分析仪测量了两种样品的上转换发射光谱，并观察到强的绿色发射和弱的红色发射，出现这种发射现象的原因是由于低的掺杂浓度和低的声子能量，通过发光强度和泵浦电流关系的实验。我们得到：蓝色和红色上转换发射分别来自三光子，双光子和双光子过程。     

15波长输出的布里渊掺铒光纤激光器

多波长布里渊掺铒光纤激光器是一种新型的多波长光纤激光器,其原理是利用受激布里渊增益和掺铒光纤的线性增益,可以在常温下得到波长间隔约为0．08nm(～10GHz)的多波长输出。报道的布里渊掺铒光纤激光器,在布里渊抽运功率为1．7mW、980nm抽运功率为300mW的情况下得到稳定的15个波长(间隔～10GHz)的输出,这种激光器用作光传感器、光谱分析仪以及密集波分复用系统的光源。实验发现,输出波长的个数随着980nm抽运功率的增大而增加。另外,布里渊掺铒光纤激光器的信号功率主要来自于掺铒光纤的增益,而布里渊增益对它的影响不大。     

一种结构新颖的L波段掺铒光纤激光器

提出了一种结构新颖的L波段环形腔掺铒光纤激光器。用掺铒光纤作为增益介,采用980nm激光器作为前向抽运源,利用起偏器和偏振控制器获得L波段激光,利用光环形器将后向的放大自发辐射再引入铒光纤的前端,重复利用。当抽运功率为103mW时得到了阈值功率约为23．87mW,输出功率达6．34mW的激光输出,斜率效率约为8．05％,与没有重复利用后向放大自发辐射谱的掺铒光纤激光器做比较,该结构对L波段掺铒光纤激光器的性能有明显的提升作用。对于长度不合适的铒纤,在没有重复利用后向放大自发辐射谱时没有获得激光输出;而在利用后向放大自发辐射后,在阈值功率约为88mW时得到了激光输出,从而很好地证明了上述结论。