新型特種光纖的制作及其應(yīng)用.pdf

1、各種類型的特種光纖及相關(guān)器件已廣泛應(yīng)用于通信、傳感、生物醫(yī)學(xué)、材料加工和軍工等科技領(lǐng)域。本論文在兩項(xiàng)國(guó)家“863”項(xiàng)目“通信用特種光纖—稀土摻雜光纖”和“光纖制造新技術(shù)及新型光纖—新型特種光纖”以及一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“面向細(xì)粒度光路交換信息安全網(wǎng)的光纖器件”的支持下，對(duì)普通摻雜光纖的研制及其在DBR激光器的應(yīng)用、多層芯大模場(chǎng)稀土摻雜單模光纖的分析和研制、雙芯摻鉺光纖的研制和應(yīng)用以及色散漸變光纖的研制進(jìn)行了深入的研究，獲得了以下

2、創(chuàng)新成果:
　　1.深入分析了石英玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究了各晶型的二氧化硅之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系。進(jìn)而研究了制作稀土摻雜光纖時(shí)疏松層的制備，指出了疏松層的質(zhì)量與反應(yīng)物的組成及沉積時(shí)的溫度有關(guān)，其中疏松層中孔的“比表面積”是最關(guān)鍵的因素。進(jìn)一步地分析了鉍、鎵、鋁共摻的摻鉺石英基光纖的摻雜濃度與疏松層沉積溫度的關(guān)系，給出了最佳沉積溫度為1560～1600℃。
　　2.采用了新型的“在線”溶液摻雜方式，這種溶液摻雜法較之傳統(tǒng)的懸掛浸泡法有節(jié)

3、省成本、提高制棒的成功率以及減少工作量等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合了多孔介質(zhì)的表面物理和流體力學(xué)的理論，對(duì)稀土溶液摻雜的機(jī)理進(jìn)行了分析。表明了溶液中的離子被疏松層吸附，是伴隨在溶液對(duì)疏松層的浸濕和滲流的過程當(dāng)中，并給出了每個(gè)階段可以加強(qiáng)效果的改進(jìn)方法。
　　3.對(duì)自制的摻鉺光纖進(jìn)行氫載操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明退火后的氫載摻鉺光纖具有更好的穩(wěn)定性，并且損耗較小，具有更高的激射光輸出效率。利用氫載的摻鉺光纖光纖制作了分布布拉格反射(DBR: Distrib

4、uted Bragg Reflective)光纖激光器，得到了單縱模、雙偏振的輸出激光，并且間接得到了摻鉺光纖的雙折射為0.89×10-6。為了實(shí)現(xiàn)單縱模、單偏振的輸出激光，利用實(shí)驗(yàn)室自制的熊貓型保偏光敏摻鉺光纖，搭制了物理腔長(zhǎng)約為40 mm、連同一體化的光柵對(duì)，長(zhǎng)約130mm的DBR光纖激光器，最終利用電子頻譜掃描儀驗(yàn)證了這種光纖激光器運(yùn)轉(zhuǎn)在單縱模、單偏振的狀態(tài)下。
　　4.為了制得具有低等效折射率的大模場(chǎng)、高濃度摻雜的稀土摻雜

5、光纖，提出了一種利用多層芯折射率高低交替變化的光纖結(jié)構(gòu)。通過理論驗(yàn)證了這一方案的可行性。實(shí)驗(yàn)中，首先研制出了一系列多層芯大模場(chǎng)摻鉺單模光纖，有單層摻雜多層芯結(jié)構(gòu)、雙層摻雜多層芯結(jié)構(gòu)等光纖。結(jié)果表明要想獲得高吸收、大模場(chǎng)的摻鉺光纖，必須在纖芯的最中心引入摻雜層，提高模式在有源區(qū)的功率填充因子，并且還要通過摻氟來降低整個(gè)芯區(qū)的有效折射率。根據(jù)這一指導(dǎo)思想，采用了CCl2F2作為摻氟源，并多次實(shí)驗(yàn)找到了最佳的通入流量，最后制得了吸收系數(shù)為75

6、 dB/m@1530 nm，且模場(chǎng)直徑為14.5μm@1550 nm的高吸收、大模場(chǎng)摻鉺光纖。
　　5.分析了對(duì)稱雙芯光纖中耦合系數(shù)同光纖自身的幾何參數(shù)、光學(xué)參數(shù)的變化關(guān)系，表明在滿足1.5≤V≤2.5，且其他條件固定時(shí)，耦合系數(shù)C隨著信號(hào)波長(zhǎng)的增大而增大，隨著相對(duì)折射率差的增大而減小并隨著兩纖芯的中心到中心的標(biāo)準(zhǔn)化距離增大而減小。同時(shí)改良了雙芯光纖的制作方法，這種方法制作出的雙芯光纖與普通單模光纖熔接后的插入損耗能有效地控制在0

7、.5 dB。理論分析了單芯摻雜的雙芯摻鉺光纖的自動(dòng)增益均衡特性。進(jìn)而，利用實(shí)驗(yàn)室條件自制了單芯摻鉺的雙芯摻鉺光纖放大器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過一級(jí)放大之后，輸入信號(hào)5 dB的不平坦度降低為3dB，并且小信號(hào)還具有25 dB的高增益。
　　6.對(duì)色散漸減光纖用于光脈沖壓縮做了理論分析，指出了在絕熱壓縮中，其壓縮效率取決于DDF光纖始末端的GVD之比。為了提高利用DDF壓縮脈沖的效率，實(shí)現(xiàn)1550nm波長(zhǎng)處的高壓縮因子，分析和設(shè)計(jì)了在155