稀土掺杂磷酸盐玻璃有源光纤的研究

题名:稀土掺杂磷酸盐玻璃有源光纤的研究
作者:林峰
学位授予单位:长春理工大学
关键词:磷酸盐玻璃;;饵/镱共掺;;光纤放大器;;双包层
摘要:
掺铒光纤放大器(EDFA)是光纤通信系统中非常重要的器件,它不需要光电转换,直接实现了对光信号的放大。传统的EDFA,由于石英玻璃中能够掺杂的Er~(3+)离子浓度较低,为了获得高功率的输出,一般都是通过增加掺铒光纤的长度。这样又会使得整个光纤放大器系统成本增高、体积变得庞大。随着光子集成技术的发展,Neodymium magnets这种缺陷也就更明显的凸现出来。
本论文针对以上所出现的问题,采用对稀土离子溶解度非常高的磷酸盐玻璃作为纤芯材料来制备Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤。详细的分析了Er~(3+)-Yb~(3+)共掺系统的能级结构和相关的能级跃迁。通过能级的简化与分析,建立了描述模场在光纤中的分布及光纤放大器的最大增益与模场关系的方程,代入具体的光纤参数后,就能够得到一系列具有指导意义的数值。本论文根据实际需要设计出了磷酸盐基质玻璃的配方,采用高温熔融法制备出一系列具有不同Er~(3+)/Yb~(3+)比例配方的Er~(3+)-Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃。经过吸收光谱和荧光光谱的测试,发现掺入Yb~(3+)离子之后,玻璃对980nm波段的光吸收大幅度提高,并且随着Yb~(3+)离子浓度的增加,吸收增强。当掺入Er~(3+)离子浓度为2.35×10~(20)ions·cm~(-3)、Er~(3+)/Yb~(3+)比例为1:8时,共掺磷酸盐玻璃的荧光强度最好。根据吸收和荧光光谱的测试结果,利用J—O理论计算了不同Er~(3+)/Yb~(3+)比磷酸盐玻璃Ω_2、Ω_4、Ω_6的值及~4I_(13/2)→~4I_(15/2)跃迁的辐射几率、荧光寿命等,并分析了玻璃的组分变化对于Ω_2、Ω_4、Ω_6的影响。
根据制备出来的Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃的各种参数,设计出了芯径为6um、内包层为62.5um、外包层为125um、纤芯数值孔径为0.16、包层数值孔径为0.45的双包层Er~(3+)/Yb~(3+)共掺磷酸盐玻璃光纤。使用OptiSystem光纤放大器设计软件对所设计的5cm长的Er~(3+)/Yb~(3+)共掺双http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php包层光纤进行模拟分析,在1.534um波长处得到了3.51dB/cm的净增益。所设计的双包层光纤放大器具有良好的信号光放大性能。
学位年度:2010