掺稀土元素光纤激光器和放大器综述(上)

本文介绍了掺稀土元素光纤激光器和放大器的最新进展．现已制成的光纤激光器可以在许多波长上获得输出，包括最重要的1．3μm、1．55μm和2-3μm的红外波长，为此讨论了稀土元素离子的光谱和相应的基质材料的特性．同时还综述了掺稀土元素光纤的制做方法，分析了几种光纤激光器谐振腔结构设计和性能，这些结构有利于输出激光以较低的损耗耦合到传输光纤、进行单级模运转、调Q和锁模．最后还讨论了掺稀土元素放大器的特性．     

Yb3+/Pr3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃的能量传递和上转换发光

制备了Yb3+/Pr3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃.研究了980 nm泵浦下上转换发光光谱,分析了上转换发光机制.基于吸收光谱对Pr3+在TZN玻璃进行了Judd-Ofelt分析,计算了荧光跃迁几率,激发态辐射寿命,和荧光分之比.在450-750 nm范围内有多处上转换荧光,依次为479 nm(3P0→3H4),542 nm(3P0→3H5),589 nm(1D2→3H4),621 nm(3P0→3H6),651 nm(3P0→3F2)和687 nm(1D2→3H5).其中651 nm(3P0→3F2)红光明显强于其它以Pr3+ 3P0为初始能级的上转换光(479 nm,542 nm,621 nm).通过Dexter理论,计算得到了碲酸盐玻璃中Yb3+→Pr3+共振能量转移参数为CD-A=2.67×10-40 cm6/s, 转移效率为16.5%.     

掺Er3+:Ge25Ga5S70玻璃的Judd-Ofelt参数与光谱性质

采用熔融冷却法制备了Er3+掺杂的Ge25Ga5S70硫系玻璃,研究其红外透过率、热稳定性.应用Judd-Ofelt理论计算了Er3+离子的强度参数 Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数.应McCumber理论,计算了Er3+4I13/2→4I15/2跃迁的受激发射截面.结果表明,该玻璃具有较宽的荧光半高宽(FWHM=71 nm)、较大的受激发射截面(σepeake=1.325×10-20 cm2)和较好的稳定性,是一种理想的宽带光纤放大器基质材料.     

重金属氧化物玻璃中双光子吸收的研究

用传统熔融法制备了一系列高重金属氧化物(Bi2O3)含量的Bi2O3-B2O3-SiO2三元系统玻璃.用棱镜耦合仪测量了各个玻璃样品在632.8nm波长下的线性折射率n,结果表明玻璃的n值在1.9~2.1范围内且随着Bi2O3含量的增加而增大,其原因是由于Bi3+离子具有高极化率;用分光光度计测量了各个玻璃样品的线性吸收谱,结果表明玻璃的带隙Eopg值在2.229~2.268eV之间,且随Bi2O3含量的增加而减小.用开孔Z扫描实验测量了各个玻璃样品在770、800、850nm三个波长下的非线性吸收系数β,由于三个测量波长的光子能量hv(1.61,1.55,1.46eV)处于各个玻璃样品的带隙(Eopg)和半带隙(Eopg/2)之间,表明实验中的非线性吸收属于双光子吸收(TPA).实验结果表明:在3个测量波长下,Bi2O3含量最小的样品由于能隙状态的作用而体现出谐振型的TPA,其β值很高((3.6~6.1)×10-12m/W),说明其能应用在光限幅器中.另一方面,Bi2O3含量较高的样品只在770nm波长下才表现出微弱的非谐振类的TPA,并且β值随着Bi2O3含量的增加而增大,这表明它们在全光开光器(AOS)中有极高的应用潜力.     

碲基掺铒光纤放大器增益均衡的数值模拟

针对宽带碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)本征增益谱不平坦特性,研究了采用双级串连结构,并在两段光纤中间加入增益均衡滤波器来实现增益平坦.模拟结果显示,通过设计一定结构的滤波谱,在37信道同时输入的情况下,铒离子掺杂浓度为4000 ppm时,使1536～1608 nm范围带宽内的增益达到了24 dB左右,噪声指数小于5.5 dB,增益谱的不平坦度小于1 dB;铒离子掺杂浓度为6000 ppm时,使1536～1608 nm范围带宽内的增益达到了23.5 dB左右.噪声指数小于5 dB,增益谱的不平坦度小于1dB.优化后的级连EDTFA可以满足WDM系统的要求.     

热致漂白效应对非晶Ge34Ga2S64薄膜结构和光学特性的影响

采用热蒸发法技术沉积Ge34Ga2S64非晶薄膜,并对薄膜样品在375℃热处理2h。通过分光光度计、表面轮廓仪和显微拉曼光谱仪测试热处理前后薄膜样品的透过曲线、薄膜厚度和拉曼结构。利用薄膜干涉曲线的波峰和波谷计算了薄膜的厚度和折射率,并根据Swanepoel方法以及Tauc公式分别计算了薄膜折射率色散曲线和光学带隙等参数。结果表明,Ge34Ga2S64非晶薄膜经热处理后发生热致漂白效应,大分子团簇以及Ge-Ge、S-S同极错键含量明显减少,网络结构无序性降低,从而引起薄膜的光学吸收边蓝移、折射率降低、表面粗糙度(Ra)降低0.515nm和光学带隙增大0.118eV。     

掺铒硫系玻璃光纤的中红外增益特性模拟研究

实验制备了Er3+掺杂质量分数为1%的Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃,测试了其折射率、吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论计算了Er3+离子的自发辐射几率、吸收截面和受激发射截面等光谱参数。在综合考虑Er3+离子的交叉弛豫、能量上转换和激发态吸收效应的基础上,应用四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模拟计算了Er3+掺杂Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃光纤的中红外2.74μm波段的增益特性。结果显示,Er3+掺杂硫系玻璃光纤在2.74μm中红外波段具有较高的信号增益和较宽的增益谱,最大增益值和20dB增益带宽分别超过了40dB和200nm,表明其是可用于中红外2.74μm波段宽带放大的理想增益介质。     

硫系玻璃光波导研究进展

硫系玻璃具有超高的非线性折射率、超快的非线性响应、超低的双光子吸收和独特的光敏特性等品质,成为一种新型全光信号处理的理想材料。简介了硫系玻璃材料的基本特性,回顾了硫系玻璃光波导研究历程及其在非线性方面的应用,并对其发展前景进行了展望。     

单模As-Se红外玻璃光纤的制备及其性能研究

随着红外光纤制备技术的不断发展,低损耗、高非线性且结构完美的红外硫系光纤的研制迫在眉睫。采用了传统的熔融淬冷法和动态蒸馏纯化工艺制备了As40Se58Te2和As40Se60两种玻璃样品,基于两次多步挤压法制备了完美芯包阶跃结构的硫系光纤预制棒,在聚合物的保护下拉制出了损耗较低的阶跃型单模硫系玻璃光纤。结果表明:蒸馏纯化工艺可有效去除硫系玻璃中大部分杂质,2%摩尔百分比的Se被Te替换可有效实现小数值孔径并达到单模传输条件,采用截断法对单模硫系光纤进行了损耗测试,其最低损耗为1.66 d B/m(6.06μm),工作波段为2.5~12μm。以光参量放大器(OPA)为抽运源获得了覆盖1.5~13.2μm(40 d B带宽)的超连续谱输出,光纤有较好的中远红外传输性能和极高的光学非线性性能。     

硫系玻璃光子晶体光纤研究进展

硫系玻璃与石英玻璃相比具有折射率高(2.0～3.5)、声子能量低(小于350 cm-1)、优良的中远红外透过性能、较宽的组分可调等特性.近年来,硫系玻璃光子晶体光纤作为一种新型中红外光子晶体光纤备受关注.回顾了硫系玻璃光子晶体光纤研究历程,从玻璃组成选择、光纤制备与损耗的降低、传输特性和结构设计、色散特性及应用等方面总...