1。2位于2μm发光荧光光谱玻璃综述

1。3 课题背景和意义

    由于现代生活的数据采集，处理和传输的不断改革使得信息时代的发展不断强化，现有的光纤放大器已经无法满足人们的日常使用，主要表现在材料无法承载过多的数据。这时候，就需要开发一个新型的放大器来用于人们的通讯。自从80年代末期光纤放大器开始被人们开发进而使用，铒离子掺杂的玻璃光纤就被认为是一种优异的光纤放大器用介质，然而，铒离子单掺杂的玻璃光纤也存在很多的问题，比如，它的带宽十分有限，仅仅用于特定波长的范围内，这使得光通信的发展收到了材料的限制，因此，新型材料的出现也显得十分重要。光纤放大器，其英文名称为OpticalFiberAmplifier，简称为OFA，它是指运用于光纤通信线路中，可以实现将信号放大的一种新型全光放大器。此技术就是在光纤的纤芯中掺入可以产生激光的稀土元素，通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。它适用的设备有掺铒光纤放大器(EDFA)、掺镨光纤放大器(PDFA)以及掺铌光纤放大器(NDFA)，目前光放大技术主要是采用EDFA。光纤放大器原理就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素，通过激光器提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。传统的光纤传输系统是采用光—电—光再生中继器，这种中继设备影响系统的稳定性和可靠性，为去掉上述转换过程，直接在光路上对信号进行放大传输，就要用一个全光传输型中继器来代替这种再生中继器。2001年Fujimoto[3]第一次报道了铋掺杂铝硅酸盐玻璃的红外宽带发光现象，对铋掺杂玻璃超宽带红外发光现象的研究成为了当前的热点话题。由于传统的稀土离子，例如铒离子，铥离子等，制成的光纤放大器容易受到4f壳层电子间的禁戒跃迁，他们的工作带宽很难超出100nm，限制了波分复用系统的使用，所以人们又开始研究新的名叫拉曼光纤放大器的课题。然而随着研究的深入，人们发现拉曼光纤放大器虽然可以弥补传统离子制成的光纤放大器工作带宽小的缺点，却由于结构复杂，所需泵浦能量太高而限制了它的发展和使用。因此，人们开始研究铋掺玻璃的课题[15-16]。由于在2001年的日本，科学家Fujimoto[3]第一次成功发现了铋离子在石英玻璃中具有超宽带发光特性[4]。之后在2003年他们又成功实现了1300nm处的光放大。这一成果使得全部的人都开始注意铋掺杂发光材料这一课题，大家都开始重视铋掺杂发光材料的研究。Fujimoto研究的样品分别在300nm，500nm，700nm，800nm处有四个明显的吸收峰，其中500nm，700nm，800nm处的峰是来自于铋活性离子，在这三个吸收峰的波长处激发玻璃样品可以发现有明显的近红外光的发射，波段在1000nm到1700nm，荧光寿命均可达到几百微秒。这些现象表明铋掺杂发光材料对于光通信有着十分重要的作用。铋掺杂的超宽带荧光特性表明它很可能可以解决稀土离子掺杂材料中增益宽带不足这一缺点。铋掺玻璃可以在700nm到1100nm波长范围内的任意波长处激发，发射覆盖1000nm到1600nm 波长范围的超宽带红外发光，这些都表示这铋掺玻璃的优点。红外线的波长范围：近红外波段 1～3微米，中红外波段 3～5微米，远红外波段 8～14微米，在医学应用领域1。5以上就属于中远红外。2。0 μm附近 (掺Tm3+，Ho3+) 光纤激光器，2。0 μm激光是人眼安全的激光，在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感等方面具有广泛应用。此外来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766-，水分子在2。0 μm附近有强烈的中红外吸收峰，用该波段激光进行手术，有利于加快血液凝结，减小手术创伤，因此，中红外光纤激光器在医疗和生命科学领域也具有重要的应用。2。8 μm附近(掺Ho3+，Er3+ 光纤激光器)，由于2。8 μm附近存在较强的水分子吸收峰，因此，该波段光纤激光器在生物、医疗等领域具有潜在的应用。此外2。8 μm光纤激光器还可以用作中远红外激光器的抽运光源，因此，研究者们对2。8 μm附近激光输出的光纤激光器进行了研究。由于3。0~5。0 μm波段激光具有很强的大气穿透能力，具有应用于激光制导、遥感等军事领域的巨大潜能。现在已经广为研究的就是铒离子单掺杂的玻璃光纤[6]，它是利用铒离子在泵浦源的作用下产生光增益的原理来制成光放大器的。但是由于铒离子作为单掺杂的物质，此玻璃光纤存在很多缺点，例如工作波长固定，只能放大位于1550nm左右的光波；增益带宽不平坦等。而铥离子作为单掺杂的物质时，主要利用铥离子在3H4到3F4的跃迁来释放能量，波长取决于铥离子的浓度。但是也存在问题，在跃迁过程中，需要解决上能级寿命低于下能级寿命，难以实现粒子数反转，因此需要转换泵浦源来解决这个问题。所以，由于两个材料的单掺杂都存在不一样的问题，现在开始尝试使用两个离子共掺杂的方式来作为研究的课题。而我的毕业设计的研究对象就是尝试研究铒，铥离子共掺杂在铋玻璃中的红外光波段的光谱性质[7]。