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特殊波段钾钠离子交换锗酸盐玻璃波导放大器

作　者: 张杰
导　师: 陈敏
学　校: 大连工业大学
专　业: 材料学
关键词: Tm3+ 锗酸盐玻璃 离子交换 波导放大器 第一通讯窗口 S波段 U波段 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


在光纤通讯系统中，近红外区800到1625nm波长范围已经被广泛应用于数据的传输。其中800到850nm波段属于第一通讯窗口（FWW），已经广泛的应用于早期的多模光纤的传输，但由于该波段内损耗较高和色散较大的因素制约了其应用。近年来随着局域网络和光纤到用户网络的迅猛发展，第一通讯窗口在短距离光通信领域的应用再次引起人们的研究热情。1470nm属于S-波段，并且位于传统Er3+放大器的短波段带边，可用于新波光学放大器的研发。Tm3+由于具有典型的1470,1800nm和800nm的近红外荧光发射，因而在红外光学放大器的研发方面备受关注。红外光学放大器大多基于正常的斯托克斯上转化，而对于FWW波段来说，反斯托克斯上转换起了主导作用。迄今为止，稀土掺杂的硅酸盐，铝锗硅酸盐和氟化物玻璃已经被广泛的研究，别被成功应用于制备光纤放大器，并且在FWW波段取得了显著增益。随着高集成度大容量光通讯的要求，许多研究热情向高增益，高集成，多通道的波导器件方向集中。此外由于上转换的特点，使得上转换发射谱带峰较为平滑，且杂乱峰较少，这些优点是得上转换波导放大器更具吸引力。基于这种考虑，我们设计合成了Tm3+掺杂低声子能量锗酸盐玻璃，测试解析了Tm3+在其中的光学和光谱特性，在Tm3+掺杂锗酸盐玻璃表面采用离子交换法制备了条形光波导，并对其信号增益能力进行了系统的表征和研究，为Tm3+、Pr3+和Ho3+掺杂锗酸盐玻璃制备特殊波段信号放大器奠定基础。本工作取得了以下成果：1.合成制备了Tm3+/Yb3+共掺23Na2O3MgO22Al2O352GeO2-1.0wt.%Tm2O3-2.0wt.%Yb2O3玻璃。根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合，求得了Tm3+的强度参数，并进一步计算了Tm3+离子各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。在974nm激发下，Tm3+在NMAG玻璃中在可见区和红外区产生有效发射，通过对氧化物玻璃中无辐射弛豫速率的研究表明锗酸盐玻璃是获得Tm3+:3H43H6辐射跃迁的良好基质材料。2.在Tm3+/Yb3+掺杂NMAG表面制备了K+-Na+离子交换条形光波导，对其信号放大能力进行了系统研究，结果表明表明Tm3+/Yb3+掺杂NMAG玻璃是一种极具前景的第一通讯窗口用波导放大器材料。3.合成制备了Tm3+掺杂NMAG玻璃。根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合，求得了Tm3+的强度参数并进一步计算了Tm3+离子各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。在794nm激发下，Tm3+掺杂NMAG玻璃中在红外区产生有效发射。4.在Tm3+掺杂NMAG表面制备了K+-Na+离子交换条形光波导，对其信号放大能力进行了系统研究。本文研究研究表明NMAG玻璃是优良的制备特殊波段玻璃波导放大器的基底材料，Tm3+/Yb3+共掺NMAG玻璃波导是一种高效的应用于第一通讯窗口（800～850nm）的波导放大器；Tm3+掺杂NMAG玻璃在S-波段和U-波导放大器方面极具应用潜力。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-12
第二章 文献综述  12-22
  2.1 稀土概述  12-15
    2.1.1 稀土离子的电子组态  12-14
    2.1.2 稀土离子的能级  14-15
  2.2 稀土的发光基本规律  15-16
    2.2.1 能量传递  16
  2.3 J-O 理论与光谱参数的计算  16-19
  2.4 锗酸盐玻璃  19-20
  2.5 离子交换技术  20-22
    2.5.1 离子交换原理  20
    2.5.2 K+-Na+离子交换特点  20-21
    2.5.3 Ag+-Na+离子交换特点  21-22
第三章 Tm~(3+) /Yb~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃的光谱特性  22-33
  3.1 Tm~(3+) /Yb~(3+) 共掺锗酸盐玻璃的制备  22
  3.2 Tm~(3+) /Yb~(3+) 共掺锗酸盐玻璃光学测试  22
  3.3 吸收光谱和 J-O 理论计算  22-27
  3.4 红外发射光谱  27-30
  3.5 声子能量对荧光发射的影响  30-31
  3.6 本章小结  31-33
第四章 离子交换 Tm~(3+) /Yb~(3+) 掺杂 NMAG 玻璃条形光波导  33-39
  4.1 条形光波导制备  33-34
  4.2 条形光波近场模式导测试  34
  4.3 光波导信号增益测试  34-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章 Tm~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃的光谱特性  39-45
  5.1 Tm~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃的制备  39
  5.2 Tm~(3+) 掺杂锗酸盐玻璃光学测试  39
  5.3 吸收光谱和 J-O 理论计算  39-42
  5.4 红外发射光谱  42-43
  5.5 本章小结  43-45
第六章 离子交换 Tm~(3+) 掺杂 NMAG 玻璃条形光波导  45-50
  6.1 Tm~(3+) 掺杂 NMAG 条形光波导制备  45
  6.2 光波导折射率，波表面结构和近场模式  45-46
  6.3 光波导信号增益测试  46-49
  6.4 本章小结  49-50
第七章 结论与展望  50-53
  7.1 结论  50-51
  7.2 展望  51-53
参考文献  53-58
本文的研究特色和创新之处  58-60
致谢  60-61
附录  61

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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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