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铒镱共掺BaO-TiO2-SiO2-Al2O3玻璃的制备及发光特性研究

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铒镱共掺BaO-TiO2-SiO2-Al2O3玻璃的制备及发光特性研究

作者：刘孝芬华中科技大学

学位级别：硕士

稀土掺杂玻璃材料在激光、光通信和光显示等领域具有广泛的应用。近年来的研究表明,掺铒钛酸盐玻璃能够促进Er的发光,在近红外波段展现出宽带放大的应用潜力,同时在可见光范围内具有较强的荧光输出,但是利用传统的方法很难制备出钛酸盐... 详细信息

稀土掺杂玻璃材料在激光、光通信和光显示等领域具有广泛的应用。近年来的研究表明,掺铒钛酸盐玻璃能够促进Er的发光,在近红外波段展现出宽带放大的应用潜力,同时在可见光范围内具有较强的荧光输出,但是利用传统的方法很难制备出钛酸盐玻璃,且该玻璃难以拉制成光纤。因此,通过在玻璃中引入传统玻璃形成体Si O后,本文利用高温熔融淬火法制备钛硅酸钡(Ba O-Ti O-Si O-AlO,BTSA)玻璃,并研究BTSA玻璃的物理性能,组分变化对铒离子发光的影响以及掺铒和铒镱共掺BTSA玻璃的发光特性。在BTSA玻璃的物理性能方面,利用X射线衍射技术、热分析技术、拉曼光谱和密度仪分析了样品的状态、热学性能、微观结构和密度。结果表明,样品的透明部分为非晶态玻璃,热学性能良好,玻璃转变温度均在700℃以上。微观结构主要以Si-O-Ti网络结构为主,玻璃的最大声子能量为～940cm。在所研究的样品中,玻璃的密度均大于3.6g/cm。基于不同钡钛比BTSA玻璃的吸收光谱,运用Judd-Ofelt理论和Mc Cumber理论分析了材料的强度参数Ω(t=2,4,6)和发射截面,并测试了不同组分掺铒玻璃的发光光谱和荧光寿命曲线。结果表明,铒离子上转换发光很弱,受激发射截面最大为7.6×10cm。随着Ti O含量的减少,BTSA玻璃的共价性增强,近红外荧光半峰宽(FWHM)变窄,荧光寿命增加,FWHM最大为57nm。在固定的玻璃组分下,研究了铒离子浓度变化和Er-Yb共掺BTSA玻璃的发光特性。结果表明,随着铒离子浓度的增加,近红外发光增强,FWHM出现先增加后降低再增加的现象,当铒离子浓度为1mol%时,FWHM最大为65nm,此浓度下Er的荧光寿命为3.711ms。得益于Yb在980nm波长处大的吸收截面及Er、Yb离子间的能量传递,铒离子的上转换发光得到极大增强,绿光强度提高17倍,铒离子的近红外FWHM和荧光寿命也得到提升。因此,铒镱共掺BTSA玻璃有望作为光纤放大器的基质材料,实现宽带放大。

关键词：铒镱共掺钛硅酸钡玻璃制备物理性能能量传递发光特性

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大模场铒镱共掺光纤制备及其激光性能研究

中国激光 2022年第13期49卷 23-28页

作者：李文臻陈阳王一礴许定超褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 武汉长进激光技术有限公司湖北武汉430223 上海保隆汽车科技股份有限公司上海201619

基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺和溶液掺杂法,成功制备出25μm/300μm大模场铒镱共掺光纤,并研究了其激光放大性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.12,940 nm包层的吸收系数为2.85 dB/m。搭建了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构测试平台,... 详细信息

基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺和溶液掺杂法,成功制备出25μm/300μm大模场铒镱共掺光纤,并研究了其激光放大性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.12,940 nm包层的吸收系数为2.85 dB/m。搭建了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构测试平台,当铒镱共掺光纤长度为8 m,940 nm泵浦光功率为141 W时,输出功率最大为61.7 W,斜率效率达到42%,输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射(ASE)。

关键词：激光器光纤激光器铒镱共掺大模场面积光纤高功率激光

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增益平坦铒镱共掺双包层光纤放大器研究

增益平坦铒镱共掺双包层光纤放大器研究

作者：贾苏蒙长春理工大学

学位级别：硕士

光纤放大器因体积小、结构简单、稳定性高等卓越特性得到各领域的广泛使用。光纤放大器发展史表明,现今的研究朝着两个方向推进。一方面是通过降低成本和缩小体积提升放大器的集成度,从而完成不同环境下的特定需求;另一方面创新光学技术... 详细信息

光纤放大器因体积小、结构简单、稳定性高等卓越特性得到各领域的广泛使用。光纤放大器发展史表明,现今的研究朝着两个方向推进。一方面是通过降低成本和缩小体积提升放大器的集成度,从而完成不同环境下的特定需求;另一方面创新光学技术,优化设计方案,提升光纤放大器的性能,包括更高的功率,更低的噪声,更强的稳定性。本文首先简要介绍了光纤放大器的发展进程及其应用,总结了国内外对于增益平坦型光纤放大器的科研成果及数据。然后对光纤放大器的工作原理进行了阐述,简述了铒镱共掺光纤的特性,给出了铒镱共掺光纤放大器(EYDFA)的速率方程和传输方程。仿真实验部分的主要思路为信号光经过两级光纤放大后输出,通过改变信号波长及信号功率,探究光纤放大器的影响因素及输出特性,并选取适合的增益光纤长度,最终完成1535-1575nm波长范围内增益平坦的放大激光输出,对具体实验起指导作用。通过仿真结果对实验进行指导,完成了一套基于主振荡功率放大(MOPA)结构的EYDFA。预放大级增益介质为13m长的掺铒光纤,主功率放大级增益介质为7m长的铒镱共掺双包层光纤。在实验过程中,该系统使用可调谐光源输入10m W的激光作为信号光,经过两级放大,实现了1535-1575nm波段内的增益平坦型激光输出。增益平坦度为±0.32d B,未见明显的放大自发辐射。在预放大级泵浦功率为412m W,主功率放大级泵浦电流5A的情况下,实现了中心波长1555nm处最高功率为1.428W的激光输出。

关键词：增益平坦放大铒镱共掺 ASE

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铒镱共掺微环谐振器的放大特性分析

光学学报 2009年第3期29卷 632-637页

作者：汪玉海马春生闫欣张大明集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林大学电子科学与工程学院长春吉林130012

对铒镱共掺做环谐振器的放大特性进行了理论分析,给出了器件的传递函数和功率增益的公式。在抽运光波长为0.98μm、信号光中心工作波长为1.55μm的情况下,分析了抽运光功率、信号光功率、铒镱掺杂浓度、微环与信道间的振幅耦合比率对放... 详细信息

对铒镱共掺做环谐振器的放大特性进行了理论分析,给出了器件的传递函数和功率增益的公式。在抽运光波长为0.98μm、信号光中心工作波长为1.55μm的情况下,分析了抽运光功率、信号光功率、铒镱掺杂浓度、微环与信道间的振幅耦合比率对放大器放大特性的影响,给出了上下信道的传输光谱,并对其结构进行了优化设计。模拟结果表明,与同等长度的直条形铒镱共掺波导放大器相比,该器件可获得更高的信号光增益,选取P_(p0)=8mW,P_(s0)=36.5μW,N_(Er)=1×10^(26)m^(-3),N_(Yb)=3×10^(27)m^(-3),该器件可容易地获得11.6 dB以上甚至高达60 dB的信号光功率增益。这种强放大功能的铒镱共掺微环谐振型放大器,将更有利于器件在尺寸上的小型化、集成化。

关键词：微环谐振器波导放大器铒镱共掺传输光谱

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保偏铒镱共掺光纤制备及其激光性能研究

中国激光 2022年第12期49卷 275-280页

作者：李文臻陈阳廖雷褚应波戴能利李进延华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 武汉长进激光技术有限公司湖北武汉430223

随着激光雷达技术的快速发展,激光雷达在军事及民用领域中的应用不断增多。保偏铒镱共掺光纤是1.5μm激光雷达重要的增益介质,对其性能有重要的影响。成功制备出10μm/128μm保偏铒镱共掺光纤,其双折射系数为1.29×10^(-4),在1310 nm处... 详细信息

随着激光雷达技术的快速发展,激光雷达在军事及民用领域中的应用不断增多。保偏铒镱共掺光纤是1.5μm激光雷达重要的增益介质,对其性能有重要的影响。成功制备出10μm/128μm保偏铒镱共掺光纤,其双折射系数为1.29×10^(-4),在1310 nm处的消光比为24 dB@4 m。基于该光纤搭建了全保偏全光纤主振荡功率放大系统,实验结果显示,当信号波长为1551 nm,光纤长度为7.5 m,940 nm泵浦功率为16.5 W时,输出功率为5.8 W,斜率效率达36%,输出激光的消光比为21 dB。该保偏铒镱共掺光纤具有优异的激光性能,为1.5μm激光雷达系统的国产化提供了新的解决方案。

关键词：光纤光学光纤激光器铒镱共掺激光雷达保偏光纤

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铒镱共掺光纤折射率与元素分布均匀性研究

天津科技 2020年第10期47卷 20-22,25页

作者：张哲飞耿鹏程中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220

针对改进的化学汽相沉积工艺结合稀土螯合物高温气相掺杂法制备的双包层铒镱共掺光纤,通过研究铒镱共掺光纤预制棒的芯层沉积层数、每一层芯层反应物流量等因素对铒镱共掺光纤纤芯折射率分布与锗元素浓度分布均匀性的影响,降低了双包层... 详细信息

针对改进的化学汽相沉积工艺结合稀土螯合物高温气相掺杂法制备的双包层铒镱共掺光纤,通过研究铒镱共掺光纤预制棒的芯层沉积层数、每一层芯层反应物流量等因素对铒镱共掺光纤纤芯折射率分布与锗元素浓度分布均匀性的影响,降低了双包层铒镱共掺光纤纤芯中心处折射率凹陷的宽度和深度,同时改善了锗元素浓度分布的均匀性,最终将铒镱共掺光纤在1 535 nm波长处的纤芯吸收系数提高到66.1 dB/m,同时将双包层铒镱共掺光纤在1 200 nm波长处的纤芯本底损耗降低到10.8 dB/km。

关键词：铒镱共掺折射率分布均匀性吸收系数

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铒镱共掺铋硼酸盐玻璃制备及应用研究

铒镱共掺铋硼酸盐玻璃制备及应用研究

作者：赵健吉林大学

学位级别：硕士

小型化、集成化的全光通信是未来光通信领域发展的必然趋势，其中铒镱共掺光波导放大器(EYDWA)以其体积小、高增益、易集成等诸多优势将在光纤通信系统中发挥其关键作用。本文利用高温熔融法制备了铒镱共掺铋硼酸盐玻璃。通过稀土离子(... 详细信息

小型化、集成化的全光通信是未来光通信领域发展的必然趋势，其中铒镱共掺光波导放大器(EYDWA)以其体积小、高增益、易集成等诸多优势将在光纤通信系统中发挥其关键作用。本文利用高温熔融法制备了铒镱共掺铋硼酸盐玻璃。通过稀土离子(Er/Yb)的发光理论和J-O理论对样品的吸收光谱进行了计算分析，拟合得到该样品的Ω(λ=2，4，6)参数、电偶极跃迁的谱线强度、吸收截面、跃迁几率等相关参数。在选择用来拟合的峰值时，为避免结果的失真，未算入Yb参与吸收的峰值(980nm处);并且通过McCumber理论计算了发射光谱的半峰全宽FWHM和发射截面σ。利用热离子交换工艺制备出平面光波导，通过棱镜耦合法测定波导若干模式的有效折射率，并对离子交换前后样品的发射光谱进行了对比分析。

关键词：铒镱共掺铋硼酸盐玻璃吸收光谱 J-O理论发射光谱

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铒镱共掺光纤放大器增益特性研究

天津科技 2018年第10期45卷 36-40页

作者：罗瑞芳中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220

利用Matlab软件和龙格-库塔算法模拟铒镱共掺光纤放大器的增益特性随入纤泵浦功率、注入信号光功率、光纤长度以及光纤内稀土离子掺杂浓度等参数的变化。研究发现,铒镱共掺光纤放大器的信号光增益随入射泵浦光功率的增大而增大,随注入... 详细信息

利用Matlab软件和龙格-库塔算法模拟铒镱共掺光纤放大器的增益特性随入纤泵浦功率、注入信号光功率、光纤长度以及光纤内稀土离子掺杂浓度等参数的变化。研究发现,铒镱共掺光纤放大器的信号光增益随入射泵浦光功率的增大而增大,随注入信号光功率的增大而减小;放大器内光纤长度存在一个最佳值;分别注入小信号和大信号时,铒离子浓度与镱离子浓度的最佳掺杂比例分别约为1∶4和1∶8,这些对于铒镱共掺光纤放大器的优化设计具有指导意义。

关键词：放大器双包层光纤铒镱共掺增益特性

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铒镱共掺可溶性配合物光波导放大器的研究

铒镱共掺可溶性配合物光波导放大器的研究

作者：张琨吉林大学

学位级别：硕士

有机聚合物光波导放大器是近些年来兴起的一种光放大器，在光信号的短距离传输中有广泛的应用前景。与无机光波导放大器相比，有机聚合物光波导放大器具有价格低廉、损耗小、制作工艺简单和尺寸小、易于集成等优点。本论文围绕有机聚合... 详细信息

有机聚合物光波导放大器是近些年来兴起的一种光放大器，在光信号的短距离传输中有广泛的应用前景。与无机光波导放大器相比，有机聚合物光波导放大器具有价格低廉、损耗小、制作工艺简单和尺寸小、易于集成等优点。本论文围绕有机聚合物光波导放大器的器件结构、制作工艺、材料合成方法、器件性能测试等方面开展了一系列研究工作，主要工作内容和创新点如下： (1)依据Tien理论分析了聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))材料光波导刻蚀表面粗糙度对器件界面散射损耗的影响，结合实验分析感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术应用在倒脊形光波导制作中的优势，并综合考虑刻蚀表面粗糙度和凹槽侧壁垂直度，通过大量的对比实验对ICP刻蚀P(MMA-GMA)材料的各项参数进行优化，确定了最佳工艺参数，并利用优化后的工艺参数刻蚀出底面粗糙度较小、侧壁垂直度较高的P(MMA-GMA)凹槽结构。为改善P(MMA-GMA)材料凹槽结构的形貌，从而提高光波导放大器器件的整体性能，介绍了一种可进一步减小刻蚀表面粗糙度的新方法——旋涂稀液法，这种方法对刻蚀表面的粗糙结构具有溶解性能和覆盖能力，可以大大改善刻蚀表面的形貌，而且对凹槽结构的原始尺寸影响不大，本论文通过实验验证了这一方法的可行性和有效性。 (2)本论文合成了一种可改变铒镱配比的铒镱共掺可溶性配合物材料(ErYb(PBa)(Phen))，这种材料不需要掺杂到其它有机基质中，可溶于环戊酮中直接旋涂成膜，在提高铒离子浓度的同时，也解决了铒镱离子分散性问题。论文详细介绍了铒镱共掺可溶性配合物材料的合成过程和可溶性配合物薄膜的制备过程，并对不同铒镱配比配合物的荧光特性、薄膜折射率和表面粗糙度等特性进行了表征。 (3)以ErYb(PBa)(Phen)配合物材料作为有源芯层，制备了硅基倒脊形可溶性配合物光波导放大器，当输入信号光功率为0.2mW时，在1.1cm长的器件上测试得到了1.2dB的相对增益;以ErYb(PBa)(Phen)配合物材料作为有源芯层，制作了一种以PMMA基片作为基底和下包层的可溶性配合物全聚合物光波导放大器，有效将器件和基底连为一体，且成本低，制作工艺简单，当输入信号光功率为0.2mW时，在3.2cm长的器件上测试得到了2.7dB的相对增益，首次实现了全聚合物光波导放大器的制作。 (4)为研究可溶性配合物材料在不同激发光功率下的荧光特性，在相同测试条件下，改变980nm激发光的强度测试ErYb(PBa)(Phen)配合物材料的光致发光谱，对比发光强度。提取出谱图中心波长λ=1535nm和通信波长λ=1550nm时不同激发光功率对应的光致发光强度，绘制成曲线观察配合物材料发光强度随激发光功率的变化。实验表明，在材料完好无损的情况下，配合物材料发光强度随激发光功率的增加而变强。

关键词：铒镱共掺光波导放大器感应耦合等离子体（ICP）刻蚀可溶性配合物全聚合物