掺锗光纤的光敏机理及增敏方法的研究现状与发展

光纤光栅的出现使光纤通信和光纤传感技术有了很大的变化。光纤光栅的物理基础是掺锗光纤的光敏性。首先对目前较为广泛接受的两种光敏机理作了阐述和分析,然后对多种光纤增敏方法进行了讨论。可以预见,通过对光敏性的不断深入了解,将会大大地促进光纤通信、光纤传感等领域的发展。

掺锗光纤的紫外光敏特性

本文讨论了掺Ｇｅ光纤的紫外吸收谱、缺陷中心、光诱导双折射、光诱导折射率的改变以及增敏的方法，并对光诱导折射率的改变及双折射的起源作了分析。

掺锗石英光纤光致折射率变化的实验研究

对掺锗石英光纤的紫外光敏特性进行了实验研究.实验结果表明:未载氢光纤经过紫外光照射后折射率变化在10-4数量级;而载过氢光纤的折射率变化在10-3数量级,比未载氢的光纤折射率变化提高了一个数量级.载氢前后光纤的折射率变化随曝光时间的变化规律是不同的,这表明载氢前后光纤的光敏性微观机理是不同的.对载氢前后光纤的光敏性机理进行了分析与讨论,分别解释了未载氢光纤和载氢光纤的折射率随紫外光曝光时间的变化过程.

载氢与掺锗石英光纤的光致折射率改变

对载氢掺锗石英光纤的紫外光敏特性以及载氢条件对光纤紫外光敏性的影响进行了系统地实验研究．实验结果表明:①载氢光纤的光致折射率改变随紫外曝光时间的变化规律 (△n=3．3×10-4t0.31689)是先呈指数增长到达一定的时间基本达到饱和,如果继续照射,光致折射率改变继续增大,并对紫外光敏机理进行了讨论;②随着载氢压力的增大,光纤的紫外光敏性呈正比例增大,两者之间的关系为△n=1．34×10-5+4．66×10-5P;③掺锗石英光纤的紫外光敏性的大小随着载氢时间的延长,呈指数增长,最后达到饱和．

掺锗单模光纤布拉格光栅γ辐照损伤实验

为开发光纤布拉格光栅在空间环境温度及应变的测量的应用,有必要对其在空间辐射环境下的性能变化规律进行研究。基于色心模型,从理论上分析了电离辐射对光纤布拉格光栅传输性能的影响。采用^(60)Co-γ辐射源对两根布拉格中心波长分别为825 nm和835 nm的掺锗单模光纤布拉格光栅进行了总剂量为1.01×10~6rad的电离辐射实验。实验结果表明,随着辐照剂量的增加,光纤布拉格光栅反射谱的峰值波长发生了红移现象,光栅的折射率增加。经过总剂量1.01×10~6rad辐照后,布拉格中心波长825 nm和835 nm的峰值波长分别增加了0.070 62 nm和0.074 15 nm。实验结果与色心模型推导出的光栅有效折射率与辐射剂量的函数关系式相符合;为光纤布拉格光栅在空间环境温度及应变测量的运用提供数据基础。

掺锗石英光纤的稳态和瞬态γ辐射效应研究

开展了掺锗石英光纤在1.0×10^(-4)~0.5Gy(Si)/s剂量率下的稳态γ辐照实验和10~6~10~9 Gy(Si)/s剂量率下的瞬态γ辐照实验。结果表明:光纤辐射感生损耗与辐照总剂量呈饱和指数关系,与色心浓度微分方程推导出的结论相一致。在辐照总剂量相同的情况下,光纤辐射感生损耗随辐照剂量率的增大而增大。辐照期间有光注入较无光注入时的光纤辐射感生损耗低,证实了光褪色效应的存在。对实验用650、850和1 310nm 3个波长,光纤辐射感生损耗随波长的增大而减小。与光纤稳态辐射感生损耗相比,光纤瞬态辐射感生损耗要大得多;光纤瞬态辐射感生损耗峰值与脉冲总剂量呈线性关系,这与饱和指数关系在低剂量下的泰勒展开近似一致。

基于腐蚀硼锗共掺光纤的自闭合光纤法-珀传感器

提出了采用化学腐蚀硼锗共掺光纤通过电弧放电封闭成型制作非本征型光纤法-珀传感器的方法。发现硼锗共掺光纤在40%氢氟酸溶液中的腐蚀速率是一般单模光纤的30倍以上。在1.357～1.400的折射率范围内,条纹对比度随折射率改变的灵敏度约为30 dB/RIU,分辨率约为3.33×10 5,线性度为0.99以上。化学腐蚀硼锗共掺光纤制作光纤法-珀传感器的方法,适于批量生产,成本低,并有望用于制作腔长较长的光纤法-珀传感器,以实现多个传感器的空间频分复用。

硼锗共掺型传感类光敏光纤预制棒的制备

自K．O．Hill发现了掺锗光纤的光敏性，并成功地制作出光栅以来，光纤光栅就因其与温度和应变等有较好的线性关系、传感信号不受光纤损耗和光源强度起伏的影响、适于对物理量进行分布性测量等特点，在建筑、航空等方面都有很好的发展。光纤光栅的物理基础是掺锗光纤的紫外光敏性，提高掺锗光纤的光敏性方法很多，如：加入磷、硫、铝、氟等掺杂物。

高掺锗单模光纤的扩束试验研究

高掺锗单模光纤具有优异的弯曲性能和高非线性性能。由于模场直径和常规G.652光纤失配,两种光纤的连接损耗增加。为了提高模场匹配,采用氢氧焰热处理的方法对高掺锗光纤的纤芯进行扩束。试验结果表明,在热处理初期纤芯扩束不明显;随着热处理时间的增加,热处理120 s后,纤芯扩束速率增加;在热处理后期纤芯扩束速率降低。在热处理4 min后高掺锗单模光纤的纤芯直径接近G.652光纤,这对提升两类光纤的连接性能具有重要意义。

高吸收锗硅酸盐掺铋光纤及其增益性能研究

目前基于掺铒光纤放大器(EDFA)的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段(1524~1625 nm)。在E+S波段,锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽,具有重要研究价值,但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺铋光纤,其使用长度得到大大缩短,同时具有高增益。基于前向泵浦结构测试了掺铋光纤的增益性能,泵浦功率和波长分别为367 mW和1310 nm,输入信号总功率为-20 dBm。结果表明,50 m长的光纤在1414~1479 nm实现了大于20 dB的增益,65 m长的光纤的增益在1450 nm处达到最大(33 dB),单位长度增益系数达0.51 dB/m。研究结果证明了锗硅酸盐掺铋光纤在WDM光纤通信网络中的实际应用潜力。

用于U波段高效放大的高锗掺铋光纤

掺铋(Bi)光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注,然而实现U波段高效放大的高锗(Ge)掺铋光纤在国内依然尚未研制成功,这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点,同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一个难题。基于改进的化学气相沉积技术,制备了一种纤芯GeO2摩尔分数约为42%的高锗掺铋光纤。其吸收测试结果显示,在1650 nm处出现明显的Ge相关铋活性中心的吸收峰。通过单级放大系统表征了其放大性能,在1670 nm处实现了26.3 dB的最高增益,增益效率达0.165 dB/mW。

载氢与光纤布喇格光栅

系统地研究了载氢条件对掺锗石英光纤的紫外光敏特性以及光纤光栅的影响．结果表明:光纤中氢气含量的大小决定了光纤光栅的折射率调制(即光纤光敏性的大小),也决定了光纤光栅的反射率;随着载氢压力的增大,光纤的光致折射率改变(即紫外光敏性)呈正比例增大,两者之间的关系为△n=1．34×10-5+4．66×10-5P;退火后的光纤光栅的反射率与载氢压力的关系为R3=2．76881+0．83537 P．这一结果有助于控制载氢压力获得发射率可调的光纤光栅,解决光纤光栅写入随机性大的问题;掺锗石英光纤的紫外光敏性的大小随着载氢时间的延长,呈指数增长,最后达到饱和;光纤光栅的反射率与载氢时间也呈现同样的规律,制作光纤光栅的最佳载氢时间为14 d(常温)．

阵列波导光栅和光纤光栅在全光缓存器中应用的研究

全光缓存器是全光交换网的关键部件,正成为当前的研究热点。介绍了全光缓存器的研究进展,阐述了各种方案的原理。提出了一种基于阵列波导光栅和光纤光栅的全光缓存器方案,具有低成本、器件集成化等优点。

光子晶体光纤光栅模式截止与高阶模的谐振条件

采用光束传播法研究了实心掺锗光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)的模式截止特性。结果表明掺锗光子晶体光纤的归一化频率V与归一化间距Λ/λ和归一化孔径d/Λ有关。而且相对于纯硅的光子晶体光纤,其单模多模边界面向归一化孔径值较小的方向位移。并给出了在光子晶体光纤光栅中激发高阶谐振的条件:相位匹配条件、光栅区的电场交迭和关系不等式VPCF>π。

光纤光敏性的研究

研究和分析了用于制作光纤光栅的掺锗石英光纤的紫外光致折射率变化规律。在实验中利用 2 4 8nm的脉冲准分子激光 ,对标准单模通信光纤 ,在不同曝光时间下进行紫外曝光 ,然后测量它们的径向折射率分布。实验结果表明 :紫外光照射光纤的初始阶段 ,纤芯折射率直线上升 ,可用色心理论解释 ;紫外曝光的中间阶段 ,温度擦除效应对折射率变化的阻碍作用与色心形成改变折射率的作用相互竞争 ,折射率变化曲线出现起伏 ;实验的最后阶段 ,折射率变化再次呈上升趋势 ,可用紧缩 /致密模型解释。光纤经过紫外光照射后折射率变化在 10 - 4数量级 ;曝光时间与光致折射率改变之间存在非线性关系 ,并伴有饱和现象发生 ,样品的紫外光敏性。

估算光纤光栅折射率调制的方法

利用氢敏化处理的掺锗石英光纤进行了光纤的紫外光敏性的实验,从而对目前估算光纤光栅折射率调制的2种方法进行了比较,结果表明:用波长漂移法计算光栅折射率调制是不准确的;最大反射率法估算光栅折射率调制可行,但当光纤曝光时间较长时,此方法也不再可行,必须通过实验测量。

光纤参数、测试及设备

TN25 98010402KrF准分子激光激发掺锗光纤折射率扰动的非线性过程=The nonlinear of index disturbance for opticfiber under the illumination of KrF excimerlaser pulse[刊,中]/江毅,陈伟民,邹建,黄尚廉(重庆大学光电精密仪器系.重庆(630044))//发光学报.-1997,18(1).-46-50采用了一种简单的功率监测法,观察了KrF准分子激光对掺锗光纤折射率影响的非线性过程。观察到了纤芯折射率扰动过程中非稳定现象、饱和现象和折射率扰动的非线性。图4参5(常唯)

基于高掺锗石英光纤的中红外超连续谱产生

采用波长为2 μm、脉冲宽度为50 ns的掺铥光纤调Q 激光器作为抽运光源，纤芯掺锗浓度为75%的石英光纤为非线性介质，进行了中红外超连续谱产生的研究。实验过程中在掺锗石英光纤的抽运光输入端熔接一截100-200 μm 长的多模光纤以提高光纤的空间耦合效率和损毁阈值，通过优化掺锗石英光纤的长度，最终在1.9 μm（受光谱仪测量范围限制）-2.9 μm 范围内获得了较平坦的超连续谱输出，10 dB 带宽和20 dB 带宽分别达到950 nm 和980 nm，而且其长波限接近目前报道的基于同类光纤的超连续谱的最大长波限。

准单模掺锗硅芯光纤的受激喇曼散射中的模竞争

本文报道了准单模掺锗硅芯光纤的受激喇曼散射中的模竞争实验研究。观察到了喇曼竞争现象和喇曼跳级现象。较详细分析了受激喇曼模的竞争。

基于光栅的全光缓存器的研究

作为全光交换网的关键技术,全光缓存器技术正成为当前的研究热点.在介绍全光缓存器研究进展的基础上,提出了一种利用阵列波导光栅和光纤光栅实现全光缓存器的方案,具有成本低、器件集成化等优点.