超短長度鉺鐿共摻超熒光光纖光源的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的摻鉺超熒光光纖光源(ED-SFS)中增益光纖的長度在幾米至幾十米之間，光纖中的非線性效應(yīng)會隨著光纖長度的增加而劇烈增大，較長的光纖影響到ED-SFS的性能，且不利于集成化。本論文所研究的超短長度鉺鐿共摻超熒光光纖光源(EYD-SFS)，增益光纖的長度僅為10厘米量級，大大減少了光纖中的非線性效應(yīng)，縮小了器件的體積，有利于光子集成。
　　 本文首先闡述了制作光纖預(yù)制棒及拉制光纖的過程。用二次套孔法制作單包層單模鉺鐿共摻磷酸鹽

2、玻璃光纖(EYDPF)預(yù)制棒時，以預(yù)制棒直徑16 mm，拉制標(biāo)準(zhǔn)直徑(125μm)光纖為例，計(jì)算表明：每次打孔直徑2.21 mm，每次打孔偏心距3.4 mm為最佳加工尺寸。制作出光纖預(yù)制棒后，用開發(fā)的小型自動特種光纖拉絲機(jī)成功拉制出單包層標(biāo)準(zhǔn)直徑的EYDPF，誤差可以控制在±5μm以內(nèi)。
　　 然后，對超短長度EYD-SFS進(jìn)行了理論研究。建立了一個以六能級速率方程和功率傳輸方程為基礎(chǔ)的理論模型。在理論模型中，不僅包括了高濃度摻

3、雜時所發(fā)生的共協(xié)上轉(zhuǎn)換(UC)，交叉弛豫(CR)，Yb3+到Er3+的前向能量傳遞(FET)，累積能量傳遞(CET)以及二次能量傳遞(DET)等過程，而且考慮了光纖溫度的影響。采用打靶法數(shù)值分析了輸出功率，發(fā)現(xiàn)雙程前向(DPF)結(jié)構(gòu)是一種較理想的基本結(jié)構(gòu)。以DPF結(jié)構(gòu)為例，當(dāng)光纖長度14.6 cm，信號光反射鏡的反射率0.99，Er3+濃度2×1026 ions/m3，Yb3+濃度8×1026 ions/m3時，本征熱力學(xué)系數(shù)(ITC)

4、的理論值為1.59 ppm/℃。計(jì)算了Er3+-Yb3+共摻體系中的非線性躍遷過程(共協(xié)UC，CR，CET以及DET)、Yb3+摻雜和玻璃基質(zhì)對ITC的影響。對DPF結(jié)構(gòu)的超短長度EYD-SFS進(jìn)行了理論優(yōu)化，計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)泵浦功率為330 mW時，為了獲得最佳的輸出性能，Er3+濃度應(yīng)控制在2×1026 ions/m3，Yb3+濃度應(yīng)控制在8×1026ions/m3，信號光反射鏡的反射率應(yīng)選為0.99，從輸出功率和帶寬的角度看來，光

5、纖最佳長度為14—16 cm，然而，縮短光纖長度可以提高平均波長的穩(wěn)定性。
　　 最后，對超短長度EYD-SFS進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)泵浦功率1.68 W時，從長度10.4 cm的光纖中，得到了輸出功率16.85 mW，平均波長1540.9 nm，帶寬18.4 nm，斜率效率18.6％的超熒光輸出。據(jù)我們所知，這是目前所報道的最短長度的ED-SFS。同時也研究了15.2 cm光纖中，超熒光輸出功率、平均波長和輸出帶寬的大小，理論模擬

6、和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間得到了很好的吻合。光纖長度為14.6 cm時，在室溫(20—23℃)下，5個小時內(nèi)EYD-SFS平均波長的波動為16.7ppm。平均波長的波動主要受泵浦功率，泵浦波長和光纖溫度影響。經(jīng)測量，由泵浦功率和泵浦波長所引起的平均波長的波動分別為±7.82 ppm和±0.016ppm。由于光纖溫度的影響很難通過實(shí)驗(yàn)測得，我們采用了ITC的理論計(jì)算結(jié)果(1.59 ppm/℃)，得到平均波長的波動范圍為20.4 ppm，和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果