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铒镱共掺杂芯包异质型单模光纤放大器的研究

作　者: 雷卫红
导　师: 陈敏
学　校: 大连工业大学
专　业: 材料学
关键词: 光纤放大器 磷酸盐玻璃 光谱参数 芯包异质 光纤预制棒 信号增益
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


全光网络现在已经成为光纤通信的趋势，朝着超高速率、大容量、长距离传输光纤方向发展。截止到现在，掺铒石英光纤工作窗口主要在C波段的1530-1560nm，然而这一波段仅利用了石英单模光纤低损耗窗口的一部分，限制了光纤可容纳信道的充分利用。现在，为了更进一步拓宽通信领域里的通信窗口，人们把研究方向纷纷投向Pr3+、Tm3+和Ho3+掺杂的主动光学放大器件。根据以上考虑，我们设计合成了Er3+/Yb3+掺杂芯包异质型单模光纤放大器，并且测试分析了Er3+在其中的光学和光谱特性，对其信号增益能力进行了系统的表征和研究，为Pr3+、Tm3+和Ho3+掺杂多组分磷酸盐玻璃制备特殊波段信号放大器奠定基础。本次工作中，采用高温熔融方法制备了玻璃样品，利用Judd-Ofelt理论对玻璃的吸收光谱进行拟合，求得Er3+强度参数t(t=2,4,6)分别为6.181020,1.021020和0.751020cm2，同时计算了Er3+离子各能级跃迁的光谱参数。例如：振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等。此外，采用棒管法制备单模玻璃光纤，光纤预制棒由光纤纤芯和包层组合构成，稀土掺杂纤芯的折射率大于包层折射率，满足纤芯和包层相对折射率要求范围。在组分配比中，Ba有较大的原子半径，它的适量掺杂引起折射率发生相对变化。芯包异质型结构，不仅能合理调节玻璃组分，获得最佳优良配方；而且还能解决芯包相对折射率。表征了Er3+/Yb3+掺杂芯包异质型磷酸盐单模光纤的光学性能，并且测得光纤近场模式直径为~10μm，计算了数值孔径(0.132)。研究了其信号放大能力，获得5.8cm长光纤放大器的相对增益和内部增益分别为32.3dB和15.0dB。相对增益补偿了传播损耗和吸收损耗，同时在1535nm处我们得到了其最大内部增益系数为2.6dB/cm。基于Er3+/Yb3+掺杂芯包异质型多组分磷酸盐光纤制备成功和其信号放大的优良特性，我们相信Pr3+, Tm3+和Ho3+掺杂芯包异质多组分型磷酸盐光纤将会为发展O-, S-和U-特殊波段光纤放大器带来新的惊喜。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-11
第二章 文献综述  11-24
  2.1 稀土掺杂光纤放大器的前景  11
  2.2 稀土概述  11-18
    2.2.1 稀土元素的性质  12
    2.2.2 稀土离子的电子组态  12-14
    2.2.3 稀土离子发光机理  14-17
    2.2.4 基质材料能量传递  17-18
  2.3 J-O 理论与光谱参数的计算  18-19
  2.4 稀土离子掺杂玻璃的应用  19
  2.5 Er3+掺杂磷酸盐玻璃研究动态  19-20
  2.6 光纤制备技术  20-24
    2.6.1 浇注法  20-21
    2.6.2 挤压法  21-22
    2.6.3 棒管法  22-24
第三章 实验方法  24-29
  3.1 实验内容  24-25
    3.1.1 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂磷酸盐玻璃制备  24-25
    3.1.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂磷酸盐玻璃密度测试  25
    3.1.3 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂磷酸盐玻璃光谱测试  25
  3.2 芯包异质型磷酸盐玻璃光纤的制备  25-28
    3.2.1 光纤制备所用设备  25-26
    3.2.2 芯包异质型磷酸盐玻璃光纤拉制  26-28
  3.3 本章小结  28-29
第四章 实验分析  29-44
  4.1 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂磷酸盐玻璃的光谱分析  29-34
    4.1.1 吸收光谱和 J-O 理论计算  29-32
    4.1.2 红外发射光谱  32-33
    4.1.3 吸收和发射截面  33-34
  4.2 Er~(3+)/Yb~(3+)共掺杂芯包异质型单模光纤放大器模式分析  34-38
    4.2.1 光纤测试  34-37
    4.2.2 单模光纤结构和近场模式  37-38
    4.2.3 数值孔径和截止波长  38
  4.3 光纤信号增益能力  38-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章 结论与展望  44-46
  5.1 结论  44
  5.2 展望  44-46
参考文献  46-51
本文的研究特色和创新之处  51-52
致谢  52-53
附录  53
  作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  53

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器
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