稀土摻雜碲酸鹽玻璃放大光纖的研究.pdf

1、光纖通信是20世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來(lái)的新型通信方式，具有容量大，無(wú)中繼傳輸距離長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字通信等特點(diǎn)，已成為今天國(guó)際通信的基礎(chǔ)。從單波長(zhǎng)的SDH技術(shù)到多波長(zhǎng)的DWDM技術(shù)，光纖通信受益于摻鉺光纖放大器的發(fā)明。在越來(lái)越關(guān)注效益的今天，寬帶放大器的研制已成為如何更有效利用光纖帶寬的瓶頸。雖然拉曼放大技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)任一波長(zhǎng)的光放大，但是其成本高昂。因此，低成本、寬放大帶寬的摻雜稀土光放大技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在歐洲已經(jīng)研發(fā)出S+C+L帶的基于碲酸

2、鹽玻璃的光纖放大器，日本更是達(dá)到了實(shí)用化。國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究還處于起步階段。 本文首先以玻璃形成理論為基礎(chǔ)，分析了碲酸鹽體系的成玻性能，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，確定了Na<,2>O-17eO<,2>-WO<,3>體系的成玻范圍，研究了該體系玻璃的微觀結(jié)構(gòu)、熱性能和析晶性能等。根據(jù)光纖制造工藝要求，確定了調(diào)整基礎(chǔ)玻璃組份的方向和目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，研究了Na<,2>S-TeO<,2>-WO<,3>碲酸鹽玻璃體系，該體系玻璃具有較好的成玻性

3、能，同時(shí)具有較高的Tg，是目前研究過(guò)的碲酸鹽玻璃體系中最高的，表明這種玻璃具有較高的耐熱損壞性能。但是該體系玻璃的缺點(diǎn)也同樣顯著，它的熱穩(wěn)定性差，容易發(fā)生脆裂，工藝性能不好。 然后又研究了Na<,2>O-TeO<,2>-WO<,3>-Al<,2>O<,3>和TeO<,2>-TiO<,2>-La<,2>O<,3>碲酸鹽玻璃的形成與性能，研究表明，這兩個(gè)體系玻璃的Tg和Tx-Tg的綜合性能較好，具有良好的工藝性。透過(guò)光譜的結(jié)果表明這

4、兩個(gè)體系玻璃的光透過(guò)率較高，而且紫外吸收截止邊較短，具有寬的透過(guò)窗口。它的密度很大，大約是SiO<,2>的2～3倍。 這兩個(gè)體系玻璃摻雜稀土后仍然具有良好成玻性能，沒(méi)有析晶或矢透現(xiàn)象。經(jīng)透過(guò)率與折射率測(cè)試，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行光纖設(shè)計(jì)。稀土摻雜玻璃的吸收光譜表明，摻雜Er<'3+>在976nm附近有巨大的吸收截面，在1531nm附近有一個(gè)更大的吸收截面，說(shuō)明Er<'3+>在碲酸鹽玻璃中有更大的泵浦效率和高的發(fā)光量子效率。從熒光光譜上看

5、， Er<'3+>在TeO<,2>-TiO<,2>-La<,2>O<,3>玻璃中的半高寬要優(yōu)于Na<,2>O-TeO<,2>-WO<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃。結(jié)合拉曼分析作者認(rèn)為：TeO<,2>-TiO<,2>-La<,2>O<,3>玻璃摻雜格位多于Na<,2>O-TeO<,2>-WO<,3>-Al<,2>O<,3>玻璃，進(jìn)而導(dǎo)致熒光半高寬的增大。但是Er<'3+>離了在Na<,2>O-TeO<,2>-WO<,3>-Al<,2

6、>O<,3>玻璃中具有更大的放大帶寬。同時(shí)，Er<'3+>在兩種玻璃中摻雜濃度高達(dá)10143ppm以上仍然具有良好的溶解性，無(wú)“團(tuán)簇”(clusters)現(xiàn)象，表明碲酸鹽玻璃是稀土摻雜的良好基質(zhì)材料。采用數(shù)值計(jì)算設(shè)計(jì)了光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，分析了光纖的傳播模式和截止條件，得出了光纖的光學(xué)性能，截止波長(zhǎng)在1270nm附近；在1550nm附近色散值為-25ps/nm<'*>km；在1550nm附近的模場(chǎng)直徑為7.12μm。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表明上述碲酸鹽玻

7、璃很好地滿足了作為EDFA光纖的要求，對(duì)熔接損耗、色散和傳輸條件等要素基本上達(dá)到了最優(yōu)化。根據(jù)衰減理論模型分析了碲酸鹽玻璃光纖的衰減和降低衰減的途徑或方法。 通過(guò)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用整體澆鑄和機(jī)械加工相結(jié)合的方法來(lái)制作光纖預(yù)制棒。測(cè)試了熔體粘度，得到了拉絲過(guò)程仿真的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然后采用摻雜稀土的二氧化硅預(yù)制棒對(duì)拉絲工藝參數(shù)進(jìn)行了探索，得到了除發(fā)熱體功率以外的所有工藝參數(shù)。 總之，作者認(rèn)為還需要結(jié)合玻璃結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，進(jìn)一步探