新型挤压法制备硫系玻璃光纤及其性能研究

选用组分为Ge15Sb20S65和Ge25Sb5Se70的两组硫系玻璃,制备了多种尺寸的高质量硫系玻璃,分析了两组玻璃的物理、热学和光学性能;利用复合层叠挤压法制备了硫系玻璃光纤预制棒,避免了钻孔法或其他机械加工引起的预制棒界面缺陷,且光纤端面结构可随模具尺寸自由设计,挤压后光纤预制棒结构整齐,内外界面整洁光滑;利用高温聚合物保护的预制棒具有良好的机械性能,用光纤拉丝机将具有保护层的预制棒拉制成光纤;利用普通光纤抛光机进行端面抛光,光纤端面结构均匀,界面无明显缺陷。傅里叶红外光纤光谱仪(FTIR)测试光纤损耗谱表明,在波长4.8μm处光纤的最低损耗为2.63dB/m。     

低损耗芯包结构Ge-Sb-Se 硫系玻璃光纤的制备与性能研究

为解决锗(Ge)基硫系玻璃光纤损耗相对较高等问题,采用物理和化学除杂相结合的工艺,制备出了高纯Ge28Sb12Se60硫系玻璃,显著降低了红外波段C、H、O 杂质吸收。应用真空高速旋转法,制备出了壁厚均匀、光学质量优异的Ge28Sb12Se58S2 硫系玻璃皮管。采用棒管法拉制出外径501.5 um、具有芯包结构的Ge-Sb-Se 硫系玻璃光纤,光纤弯曲半径为5 mm,红外波段吸收基线为2.2 dB/m(2.87 um和4.5 um 处除外)。     

基于特种玻璃光纤的中红外拉曼激光器研究进展

高功率中红外光纤激光器在基础科学研究、大气通信、环境监测和国防安全等领域有着重要应用。拉曼光纤激光技术是实现中红外激光的一种重要手段,通过级联拉曼运转可在光纤透过窗口内输出任意波长激光。目前,以碲酸盐、氟化物或硫系玻璃光纤作为拉曼增益介质,研究者分别研制出工作波长为3.77μm的二级级联拉曼激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm的中红外拉曼孤子光纤激光光源。最近,本研究组制备出一种具有高稳定性、高抗激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并以其作为拉曼增益介质,先后实现了波长调谐范围覆盖1.96～2.82μm的中红外拉曼孤子激光以及～3μm处的"拉曼孤子雨",初步验证了该氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光器方面的应用潜力。主要对国内外中红外拉曼光纤激光光源的研究进展进行了总结,介绍了碲酸盐、氟化物、硫系以及氟碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼光纤激光器,并对发展趋势进行了展望。     

13W全光纤中红外超连续谱光源

<正>和传统的石英光纤相比,硫系元素光纤、亚碲酸盐光纤、氟化物光纤等软玻璃光纤在中红外波段具有较低的传输损耗,以这些软玻璃光纤为非线性介质产生中红外超连续谱的研究均有报道。然而,在高功率中红外超连续谱的实验研究中,ZBLAN(组分为ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)氟化物光纤表现出了更为优越的性能。2009年,美国密西根大学以     

中红外玻璃光纤材料及拉曼激光光源研究进展(特邀)

高功率中红外光纤激光光源在前沿科学研究、空间光通信、医学诊断与治疗、环境污染监测和光电对抗等领域有着重要应用。拉曼光纤激光光源输出波长灵活，原则上可以在光纤材料透过窗口范围内获得任意波长激光，是实现中红外激光输出的一种重要手段。目前，基于硫系玻璃光纤、氟化物玻璃光纤、碲酸盐玻璃光纤等中红外玻璃光纤材料，已实现工作波长位于3.77μm的拉曼光纤激光器、平均输出功率为3.7 W的2 231 nm拉曼光纤激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm的拉曼孤子激光光源。近期，笔者研究组制备出一种具有高热学和化学稳定性、高激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤，并利用其作为非线性介质，先后实现了级联拉曼散射、级联拉曼光纤放大器、波长调谐范围覆盖1.96～2.82μm的拉曼孤子激光以及波长为～4μm的红移色散波，验证了氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光光源研制方面的应用潜力。主要介绍了氟化物、硫化物及碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼激光光源的相关研究进展，并对其未来发展趋势进行了展望。     

宽带碲基掺铒光纤放大器上能级粒子数反转比

对宽带碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)上能级粒子数反转比进行了理论研究,得到了碲基掺铒光纤放大器上能级粒子数反转比随着光纤激活长度、信号输入功率、泵浦功率和纤芯掺杂浓度的演变关系,分析了上能级粒子数反转比分布与EDTFA信号增益间的关系.研究表明,碲基掺铒光纤内的上能级粒子数反转比分布决定了EDTFA的信号增益.     

掺铒碲酸盐玻璃基上转换光纤激光器的理论研究

建立了以掺铒碲酸盐玻璃光纤作为增益介质的上转换光纤激光器数值模型,理论研究了碲酸盐玻璃基上转换光纤激光器的激光输出特性,得到了980 nm抽运源激励下546 nm绿色激光信号输出功率与入射抽运功率、谐振腔光纤长度的变化关系.研究表明,碲酸盐玻璃基上转换光纤激光器可以在厘米长度的增益介质上实现毫瓦功率的绿色激光输出,斜率效率达到了7%左右.相比于报道的氟化物玻璃基上转换光纤激光器,碲酸盐玻璃基上转换光纤激光器显示出一种潜在的小型化固体激光器特征.     

基于碲基光纤SRS效应的全光波长转换研究

通过对碲基光纤拉曼增益谱曲线进行线性拟合,利用光纤中N信道前向瞬态受激拉曼散射效应(SRS:Stimulated Raman Scattering)的非色散限制的分析理论对碲基光纤拉曼波长转换进行了数值模拟,并对影响拉曼波长转换的因素进行了分析,同时与普通硅基光纤拉曼波长转换进行了比较。结果表明:在采用同样功率泵浦信号光的情况下,较普通硅光纤波长转换而言,利用碲基光纤进行拉曼波长转换采用的光纤长度较短,且得到的峰值转换效率高。     

硫系玻璃基掺铒微结构光纤4.5μm波段中红外信号放大特性

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤作为中红外光纤放大器增益介质的可行性,数值求解了800 nm泵浦波长下Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤中Er3+离子数速率方程和光功率传输方程组,理论研究了4.5μm波段中红外信号的放大特性。结果显示,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤具有较高的信号增益和很宽的增益谱。在50 cm光纤长度上,最大信号增益超过了40 dB,高于30 dB信号增益的放大带宽达到了280 nm(4 420~4 700 nm)。同时,进一步研究分析了4 500 nm波长信号增益与光纤长度、信号输入功率和泵浦功率的关系。研究表明,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤是一种理想的可应用于4.5μm波段中红外宽带放大器的增益介质。     

微结构聚合物光纤制备技术研究

微结构聚合物光纤以其制备工艺简单,实用性强而倍受研究人员关注。在国家自然科学重点基金的资助下,提出了微结构聚合物光纤预制棒的化学原位本体聚合技术和PMMA颗粒料挤出技术以及微结构聚合物光纤预制棒的套管法二次拉伸技术,成功制备了微结构掺诺丹明6G型、椭圆芯高双折射型、无限单模型和布拉格光栅光纤型等各种微结构聚合物光纤。通过对微结构聚合物光纤制备工艺的研究,对几种已经成功开发的微结构聚合物光纤进行报道。     

磷酸盐双芯光纤的制作和自锁相激光输出

利用堆积法制作出Nd掺杂的磷酸盐玻璃双芯光纤(TCF)。结合管棒法,设计一种能够任意调节芯径与芯间距比例的制备方法。激光实验采用808 nm激光二极管(LD)作为抽运源,以长为6 cm,外径为620 μm的TCF作为增益介质,宽带高反双色镜和TCF另一端的菲涅耳反射形成的F-P腔作为激光谐振腔。抽运功率大于阈值时,CCD观察到清晰的远场干涉条纹,表明得到自锁相激光输出。激光最大输出功率达到52 mW,对应斜率效率为27.1%,并研究了不同抽运功率时,TCF激光的光谱性能。     

Mid-Infrared Raman Fiber Lasers

As mid-infrared (MIR) lasers show numerous applications in the field of defense, medical, materials processing, and optical communications. Investigation on MIR Raman fiber lasers (RFLs) increasingly becomes a hot topic. Compared with the traditional silica fibers, fluoride and chalcogenide glass fibers possess higher nonlinear coefficients and excellent MIR transmittances. In this article, the latest developments of the MIR RFLs using fluoride and chalcogenide glass fibers as gain media are introduced, respectively. This review article mainly focuses on the developments of MIR RFLs in aspects of output wavelength, output power, and optical efficiency. Besides, the prospect of MIR RFLs is also discussed.     

硫化物光纤及其功能器件的应用

本文概述了９０年代初兴起的硫化物光纤的独特性能、目前的发展状况及可能的应用前景;针对硫化物光纤实用化中的关键技术进行了分析,并对硫化纤的光敏机理作了一定的探讨。由于具有优于石英光纤的特点,硫化物光纤及其人器件具有广阔的应用前景。     

高功率阵列半导体激光器的光纤耦合输出

采用柱透镜对10单元阵列半导体激光器的输出光束进行了有效收集和预准直及多模光纤之间的耦合实验。激光器采用808nm波长、150μm条宽的发射单元,周期为1000μm,与200μm芯径平端光纤阵列的耦合效率高达75％,光纤输出功率7．5W,分析了影响耦合效率的主要因素。     

用于大功率红外传输的特种光纤

评述了红外传输光纤中的氧化物光纤、氟化物光纤、硫族化物光纤、晶体光纤、空芯光纤、液芯光纤等国内外研制和应用的现状和特点.     

全固高非线性低色散斜率光子晶体光纤设计

提出了利用掺氟同心圆环的光纤结构来提高光子晶体光纤(PCF)的非线性,所需控制的参量仅有两个。设计了三种具有高非线性、低色散斜率和低限制损耗的全固光子晶体光纤。这三种光纤分别具有正常色散、双零色散点和零色散点恰好在1.55 μm波长处的色散曲线特性。所设计的零色散点恰好在1.55 μm波长处的光子晶体光纤色散斜率值为5.12×10-4 ps/(km·nm2),这比传统的高非线性光纤的色散斜率小了2个数量级。同时,该光纤在1.55 μm波长处的非线性系数为31.5 W-1·km-1,限制损耗为9.62×10-5 dB/km。     

Dispersion-flattened single-mode fibers prepared with PCVD: Performance, limitations, design optimization

The first test on the reproducibility of the preparation of dispersion-flattened single-mode (DFSM) fibers is reported in this paper. Dispersion of less than 2 ps/(nm . km) between 1.32 and 1.6μm was achieved for a set of 15 fibers (31 km), with identical diameter prepared by means of the low pressure plasma-induced chemical vapor deposition (PVCD) process. Investigations on the influence of the substrate tube geometry, the "rod-in-tube" technique, and refractive index distortions on dispersion are presented. CAD optimized index profiles are discussed.     

利用普通熔融拉锥机实现光子晶体光纤拉锥

光子晶体光纤的拉锥是实现光子晶体光纤潜在应用价值的重要技术手段。通过优化普通光纤拉锥机的参数,利用"快速低温"拉锥法有效控制了光子晶体光纤空气孔的相对塌缩。实验中实现了两种不同光子晶体光纤的拉锥,光纤外径分别从原来的125μm拉锥到50μm和30μm,光纤的孔直径和孔间距之比基本保持不变,拉锥损耗小于0.4 dB。基于普通熔融拉锥机的光子晶体光纤低损耗拉锥为光纤器件的制作奠定了基础。     

两种扩束透镜光纤的研制与模场分析

介绍了两种对光纤端面进行修饰以扩大模场直径（MFD）的方法（加热扩散法和熔接透镜光纤法）。利用刀片远场扫描法对单模光纤（SMF）、加热扩芯光纤（TECF）与熔接透镜光纤（GIF）这两种修饰后的高斯分布光纤进行了测量比较。验证了其模场直径分别为10．700μm,13．129μm和12．7l7μm。并针对实际问题作出修正，通过对单模光纤以及上述两种扩束透镜光纤的分析，得到了相当合理的结果。说明这两种端面修饰法确实能起到扩大模场直径同时又不破坏模式分布的作用。并且验证了修正后的刀片法用于测量修饰后的光纤的各参量是非常有利的。