关键词：
掺铥氟碲酸盐玻璃光纤
S波段光纤放大器
0.8μm波段激光
2.3μm波段激光
摘要：
随着移动互联网、物联网、云计算、高清视频等的飞速发展,全世界网络数据流量急剧增长。但是,对于现有基于波分复用技术的单模光纤传输系统,其工作波段主要为C+L波段,由于受到放大的噪声和克尔非线性效应等的影响,其传输容量的持续增长变得困难。因此,光纤传输容量的增长乏力与网络数据流量急剧增长之间的矛盾将导致“容量危机”问题。宽波段光纤传输技术是解决上述问题的有效方案。例如:将单模光纤传输系统的工作波段从目前的C+L波段拓展至S波段（1460～1530 nm）,乃至更宽波段,可将传输容量提升数倍以上。宽带光放大技术是实现宽波段光纤传输系统的核心技术。目前基于掺铥氟化物光纤S波段光纤放大器已趋于成熟,但其工作波长范围未完全覆盖S波段,且增益和饱和输出功率偏低,噪声系数偏大,这影响了其在实际中的应用。在前期工作中,我们课题组制备出一种新型稀土离子掺杂氟碲酸盐光纤（Te O-Ba F-YO,简称为TBY玻璃光纤）,可以用于研制宽带宽、高增益光纤放大器。最近,我们课题组利用铒铈共掺的TBY玻璃光纤作为增益介质,已经实现C+L波段的宽带光放大,展示了其在宽带光纤放大器研制方面的潜力。但是目前基于掺铥TBY玻璃光纤的宽带S波段放大器还未见报道。在博士期间,作者围绕低损耗掺铥TBY玻璃光纤制备,S波段光纤放大器以及新波段光纤激光器展开研究,取得如下研究结果:
1.设计并制备出一种具有宽带发光、大的受激发射截面的新型掺铥TBY玻璃。在实验中,系统地研究了Tm离子掺杂浓度对S波段发光强度、光谱带宽的影响,测量并计算了掺铥TBY玻璃在S波段的受激发射截面。结果表明,其3 d B带宽为114 nm（1418-1532 nm）,该值是掺铥氟化锆基玻璃（76 nm,1426-1502 nm）的～1.5倍;其最大受激发射截面为3.34×10 cm,该值约为掺铥氟化锆基玻璃(1.8×10 cm)的1.8倍。
2.首次利用新型掺铥TBY玻璃作为光纤基质材料制备出低损耗掺铥TBY玻璃光纤,并以其作为增益介质研制出工作波长范围覆盖S波段、高增益的光纤放大器。在实验中,利用长度为1.7 m、芯径为7.5μm的掺铥TBY玻璃光纤作为增益介质,采用1400 nm和1570 nm双波长激光作为泵浦源,研制出S波段光纤放大器,其增益大于20 d B的带宽约为76 nm（1450-1526 nm）,最大的信号光输出功率约为26.86 d Bm,在S波段的噪声系数小于6 d B,以上性能指标均优于现有S波段掺铥氟化锆基光纤放大器。
3.首次利用新型掺铥TBY玻璃光纤作为增益介质,实现了瓦量级的815 nm光纤激光输出。在实验中,利用新型掺铥TBY玻璃光纤作为增益介质,采用1400nm和1570 nm双波长激光作为泵浦源,通过优化增益光纤长度和泵浦激光参数研制出815 nm掺铥光纤激光器,其最大输出功率达到1616 m W,相应的光-光转换效率为58.5%。上述结果表明,掺铥TBY玻璃光纤可被用于研制高功率0.8μm波段光纤激光器。
4.利用掺铥TBY玻璃光纤作为增益介质,通过上转换泵浦技术实现了2.3μm波段激光输出。在实验中,利用长度为3 m的掺铥TBY玻璃光纤作为增益介质,采用1400 nm和1570 nm双波长激光作为泵浦源,实现了功率约为187 m W的2.3μm激光输出,对应的斜效率为30.2%。
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