CN112582868A - 一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器，所述光纤放大器包括光输入端、光隔离器、波分复用器、氟磷酸盐激光玻璃全光纤、波分解复用器和光输出端；光输入端经过光隔离器与波分复用器的信号输入端连接；泵浦光源输出端与波分复用器输入端连接；波分复用器的输出端依次经过纤氟磷酸盐激光玻璃全光纤与光输出端连接。本发明制备得到的氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器的增益和增益系数分别为10.29dB和0.60dB/cm，具有良好的增益效果。

Description

一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器及制备工艺
技术领域
本发明属于光纤传感应用领域，具体涉及一种应用于5G通讯的一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器及制备工艺
背景技术
在过去的几十年中，基于重掺-光纤和平面波导的，具有高增益系数的光放大器引起了人们的极大兴趣。与传统的二氧化硅纤维相比，导向芯中离子浓度高，可大大减少增益介质的长度。另外，当以高增益系数制成增益介质时，可以产生大约100mW的高输出功率。而磷酸盐玻璃基质获得了一种高效的短长度有源光纤，并针对所有光纤放大器和激光应用研究了其在1.5μm左右的增益特性。但是磷酸盐玻璃具有高的声子能量，这有害于光纤放大器的性能和寿命。
因此，必须寻找一种新的宿主基质，该基质具有较高的发射特性以及牢固的物理和化学特征。多年来，FP玻璃因其具有良好的特性(包括高稀土(RE)离子溶解度，高单位长度增益，低最大声子能量，低光学非线性)而受到积极关注，成为有源设备应用的受激候选者。依此类推。另外，与二氧化硅玻璃相比，它们具有较低的玻璃化转变/熔融温度和粘度。与大多数显示低RE溶解度的基质不同，FP玻璃允许制造短而高性能的光纤放大器。Er3+/Yb3 +共掺杂FP玻璃被认为是1.5μmEr3+离子近红外发射的潜在候选者，这是由于Yb3+发射光谱重叠大，从Yb3+到Er3+的能量转移效率高(95％)。此外，Yb3+离子用作敏化剂以提高980nm激光二极管(LD)发射的泵浦效率，因为与Er3+离子的吸收较弱相比，Yb3+具有较大的吸收截面和850至1100nm之间的宽吸收带。
现有授权公告号为CN 109713562 B的中国发明专利公开了一种全新的基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器，包括激光源、1×2光纤耦合器、第一电光调制器、第一随机光脉冲发生器、第一光隔离器、延迟光纤、第一掺铒光纤放大器、第一偏振控制器、偏振合束器、第二光隔离器、第二电光调制器、第二随机光脉冲发生器、第三光隔离器、第二掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第二偏振控制器、第四光隔离器、保偏光纤、泵浦激光源、波分复用器、反射镜、掺铒光纤。
但是小信号增益效果仍不显著，在光纤放大器中的应用仍受到了极大的限制。
发明内容
本发明针对上述存在的问题采用以下技术方案:
一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器包括光输入端、光隔离器、波分复用器、氟磷酸盐激光玻璃全光纤、波分解复用器和光输出端；光输入端经过光隔离器与波分复用器的信号输入端连接；泵浦光源输出端与波分复用器输入端连接；波分复用器的输出端依次经过纤氟磷酸盐激光玻璃全光纤与光输出端连接。
作为优选，氟磷酸盐激光玻璃全光纤掺入阳离子，掺入的阳离子可以为折射率和玻璃转化温度(Tg)提供最佳的组合。
作为优选，所述泵浦光的波长为975nm，信号光的波长为1550nm。
作为优选，所述氟磷酸盐激光玻璃全光纤由以下按重量份数计原料组成，组成包括：Al(PO3)313～25份、BaF218～24份、SrF233～42份、NaF32～45份、La2O31～2份、ErF30.2～3.5份、YbF30.1～3.5份。
本发明还包括一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器工艺，该工艺包括以下步骤：
1)将Al(PO3)3，BaF2，SrF2，NaF，La2O3，ErF3，YbF3通过手套箱中的微量天平称重适当量的化学品，并使用球磨机(Poong Lim，PL-BM5L1)充分粉碎1小时；
2)然后在N2环境下使用电炉在125温度的玻璃碳坩埚中将均匀的玻璃组合物烧至熔融状态后保持30分钟；
3)然后，将液态熔体倒入已加热的冰敷后的管状青铜模具中，以使其骤冷，固化；
4)将固化的玻璃锭在另一个电炉中于450℃退火2小时，后置于拉丝塔中对熔融玻璃锭拉伸，获得直径为21.12/130.94μm的氟磷酸盐激光玻璃全光纤。
5)将氟磷酸盐激光玻璃全光纤组装在放大器上，得到一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器
作为优选，所述拉伸温度为590～648℃范围，拉伸时间为2～120分钟。
本发明的有益效果：
1).本发明制备得到的氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器相对于17cm裸光纤在1550nm处测量的增益和增益系数分别为10.29dB和0.60dB/cm。
2).本发明制备得到的氟磷酸盐激光玻璃全光纤组装在放大器基于FP激光玻璃的短长度有源光纤可用于1.5μm的全光纤放大器。
3).氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器具有结构简单，成本低廉，易于制造。
附图说明
图1为氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器结构示意图
图中：1-激光源，2-光隔离器，3-波分复用器，4-波分解复用器，5-输出信号光器，6-泵浦光源。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在本发明中，所用原料均为市售品。
实施例1
本实施例提供的一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器的制备工艺包括如下步骤:
1)在手套箱中将13份Al(PO3)3，24份BaF2，42份SrF2，45份NaF，2份La2O3，3.5份ErF3，0.1份YbF3，并使用球磨机(Poong Lim，PL-BM5L1)充分粉碎1小时；
2)然后在N2环境下使用电炉在125温度的玻璃碳坩埚中将均匀的玻璃组合物烧至熔融状态后保持30分钟；
3)然后，将液态熔体倒入已加热的冰敷后的管状青铜模具中，以使其骤冷，固化；
4)将固化的玻璃锭在另一个电炉中于450℃退火2小时，后置于拉丝塔中对熔融玻璃锭拉伸，拉伸温度为590℃，拉伸时间为10min,获得氟磷酸盐激光玻璃全光纤。
5)将氟磷酸盐激光玻璃全光纤组装在放大器上，得到一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器
采用976nm的激光二极管(LD)作为泵浦源，而分布式反馈LD(DFB-LD，Agilent81662A)信号作为中心波长为1550nm的信号用于增益测量。在-30dBm的输入信号功率和0.230W的泵浦功率下测得的基于FP激光玻璃的有源光纤的小信号增益频谱。在-30dBm@1550nm的信号功率和0.230W@976nm的泵浦功率下小信号增益为10.29dB，增益系数为0.60dB/cm。
实施例2
本实施例提供的一种有机硅芯层/磷酸盐微晶玻璃包层光纤的制备工艺包括如下步骤:
1)在手套箱中将12份Al(PO3)3，18份BaF2，38份SrF2，40份NaF，1份La2O3，3.5份ErF3，1份YbF3，并使用球磨机(Poong Lim，PL-BM5L1)充分粉碎1小时；
2)然后在N2环境下使用电炉在125温度的玻璃碳坩埚中将均匀的玻璃组合物烧至熔融状态后保持30分钟；
3)然后，将液态熔体倒入已加热的冰敷后的管状青铜模具中，以使其骤冷，固化；
4)将固化的玻璃锭在另一个电炉中于450℃退火2小时，后置于拉丝塔中对熔融玻璃锭拉伸，拉伸温度为684℃，拉伸时间为10min,获得氟磷酸盐激光玻璃全光纤。
5)将氟磷酸盐激光玻璃全光纤组装在放大器上，得到一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器
采用976nm的激光二极管(LD)作为泵浦源，而分布式反馈LD(DFB-LD，Agilent81662A)信号作为中心波长为1550nm的信号用于增益测量。并使用光谱分析仪(OSA，ANDO，AQ6317C)针对不同的泵浦功率测量了小信号增益。在976nm处的有源光纤中，以增益作为泵浦功率的函数时可以发现增益效果随着泵浦功率的增加而增加，证明所提出的光纤放大器具有良好的稳定性。
上述的具体实施方式是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (5)

1.一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器包括光输入端、光隔离器、波分复用器、氟磷酸盐激光玻璃全光纤、波分解复用器和光输出端；光输入端经过光隔离器与波分复用器的信号输入端连接；泵浦光源输出端与波分复用器输入端连接；波分复用器的输出端依次经过纤氟磷酸盐激光玻璃全光纤与光输出端连接。
2.根据权利要求1所述一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器，其特征在于，所述泵浦光的波长为975nm，信号光的波长为1550nm。
3.根据权利要求1所述一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器，其特征在于，所述氟磷酸盐激光玻璃全光纤由以下按重量份数计原料组成，组成包括：
Figure FDA0002837900400000011
4.本发明还包括一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器工艺，该工艺包括以下步骤：
1)将Al(PO3)3，BaF2，SrF2，NaF，La2O3，ErF3，YbF3通过手套箱中的微量天平称重适当量的化学品，并使用球磨机(Poong Lim，PL-BM5L1)充分粉碎1小时；
2)然后在N2环境下使用电炉在125温度的玻璃碳坩埚中将均匀的玻璃组合物烧至熔融状态后保持30分钟；
3)然后，将液态熔体倒入已加热的冰敷后的管状青铜模具中，以使其骤冷，固化；
4)将固化的玻璃锭在另一个电炉中于450℃退火2小时，后置于拉丝塔中对熔融玻璃锭拉伸，获得直径为21.12/130.94μm的氟磷酸盐激光玻璃全光纤。
5)将氟磷酸盐激光玻璃全光纤组装在放大器上，得到一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器
5.根据权利要求4所述一种氟磷酸盐激光玻璃全光纤放大器工艺，其特征在于，所述拉伸温度为590～648℃范围，拉伸时间为2～120分钟。
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