Bi摻雜高磷石英基光纖實(shí)現(xiàn)E波段放大

郭夢(mèng)婷, 田晉敏,2, 王 璠, 陽(yáng)求柏,3, 邵沖云, 王 孟, 張 磊, 崔淑珍, 于春雷,4*, 胡麗麗,4*

(1. 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 強(qiáng)激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201800; 2. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 安徽 合肥 230026;3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049; 4. 國(guó)科大杭州高等研究院， 浙江 杭州 310024)

多媒體應(yīng)用、云計(jì)算和因特網(wǎng)的飛速發(fā)展對(duì)光纖通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)承載能力提出了苛刻的要求，光纖系統(tǒng)擴(kuò)容迫在眉睫。為有效利用石英基質(zhì)的低損耗窗口，亟需尋找一種可實(shí)現(xiàn)超寬帶發(fā)光的石英基增益介質(zhì)。2001年，日本Fujimoto在Bi/Al共摻硅酸鹽玻璃中實(shí)現(xiàn)了半高寬為300 nm的近紅外發(fā)光，自此Bi摻雜光纖成為關(guān)注熱點(diǎn)[1]。英國(guó)南安普頓和俄羅斯經(jīng)過多年研發(fā)，目前已實(shí)現(xiàn)O、E和U波段的寬帶放大及激光輸出[2-8]。上海光機(jī)所、上海大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)、華中科技大學(xué)等開展了大量Bi離子摻雜寬帶發(fā)光機(jī)理及Bi摻雜玻璃、光纖性能研究[9-15],但尚未有低損耗Bi摻雜高磷石英基光纖制備及其在近紅外波段的寬帶凈增益放大報(bào)道。此外，Bi摻雜光纖放大器泵浦波長(zhǎng)特殊，泵浦源也是限制國(guó)內(nèi)Bi摻雜光纖放大器發(fā)展的重要因素之一。

本文采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積結(jié)合溶液摻雜技術(shù)制備Bi摻雜高磷石英基玻璃光纖，為實(shí)現(xiàn)E波段放大，共摻雜P2O5含量7.2%(摩爾分?jǐn)?shù))，光纖在1 550 nm的背景損耗約為18 dB/km，采用截?cái)喾y(cè)試的損耗譜如圖1所示。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(Thermo iCAP 6300)表征纖芯中P2O5含量。以已知Bi含量的溶膠凝膠結(jié)合高溫?zé)Y(jié)技術(shù)制備的石英玻璃為標(biāo)樣，在相同測(cè)試條件下，采用電子探針顯微分析儀(EPMA, JXA8230)測(cè)試標(biāo)樣玻璃和纖芯中Bi元素分布情況，根據(jù)強(qiáng)度比推算纖芯中Bi元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.02%。實(shí)驗(yàn)制備了6/125 μm的單模光纖，纖芯和包層在632.8 nm處的折射率差約為0.006 5。采用上海光機(jī)所馮衍團(tuán)隊(duì)崔淑珍搭建的可調(diào)諧拉曼激光器泵浦自制Bi摻雜高磷石英基光纖，在1 355～1 380 nm波段實(shí)現(xiàn)凈增益。

圖1 摻鉍高磷石英基光纖吸收譜

為驗(yàn)證自制低損耗摻鉍高磷石英基光纖的放大性能，搭建了圖2所示的一級(jí)放大光路。以可調(diào)諧拉曼激光器為泵浦源反向泵浦Bi摻雜高磷石英基光纖，泵浦波長(zhǎng)為1 240 nm，2#位置的泵浦光功率約為358 mW。種子源為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(Santec，1 355～1 485 nm)，種子光經(jīng)隔離器(ISO)和波分復(fù)用器(WDM)耦合進(jìn)光纖，1#位置的種子光功率約為-30 dBm。

圖2 摻鉍高磷石英基光纖放大器光路圖

圖3(a)為1 240 nm、358 mW泵浦條件下，采用75，80，85，90 m四種不同長(zhǎng)度摻鉍高磷石英基光纖搭建的放大器在不同信號(hào)光波長(zhǎng)處的凈增益。光纖長(zhǎng)度為85 m時(shí)，該放大器在1 355 nm處實(shí)現(xiàn)了最高5.14 dB的凈增益。雖然增益和增益平坦性尚待優(yōu)化，但這是國(guó)內(nèi)首次基于國(guó)產(chǎn)摻鉍石英光纖實(shí)現(xiàn)近紅外波段的凈增益放大。由圖3(b)可知，當(dāng)信號(hào)光波長(zhǎng)更短時(shí)，增益有望更高，但受測(cè)試裝置限制無法表征更短波長(zhǎng)的增益性能，后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化光纖性能和測(cè)試條件以提高增益及其平坦度。

圖3 (a)采用不同長(zhǎng)度摻鉍高磷石英基光纖搭建的放大器在不同波長(zhǎng)處的凈增益;(b)采用85 m 摻鉍高磷石英基光纖搭建放大器放大前后信號(hào)譜。

本文采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)結(jié)合液相摻雜工藝制備了低損耗Bi摻雜高磷石英基光纖，并基于該光纖在E波段實(shí)現(xiàn)了凈增益，在1 355 nm波長(zhǎng)處的最高增益為5.14 dB，后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化該光纖的增益性能。

本文專家審稿意見及作者回復(fù)內(nèi)容的下載地址：http://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210409.

周五下午，家長(zhǎng)們?nèi)缂s來到教室，班長(zhǎng)小嘉負(fù)責(zé)簽到，我先組織所有家長(zhǎng)和學(xué)生學(xué)習(xí)《預(yù)防學(xué)生溺水方案》和《學(xué)生防溺水“六不”》，并現(xiàn)場(chǎng)抽查一些孩子掌握“六不”的情況。待所有家長(zhǎng)都坐定后，我以“陪著孩子一起進(jìn)步”為題向家長(zhǎng)匯報(bào)了開學(xué)兩個(gè)多月以來學(xué)生的表現(xiàn)、收獲和成績(jī)。我從紀(jì)律、衛(wèi)生、學(xué)習(xí)、互助、參與體育活動(dòng)、文藝活動(dòng)、勞動(dòng)等方面全面點(diǎn)評(píng)孩子們。在我的點(diǎn)贊聲中，孩子們一個(gè)個(gè)上臺(tái)領(lǐng)取我精心制作的小紅花，并合影留念。家長(zhǎng)培訓(xùn)漸漸接近尾聲，那些得到小紅花的孩子和家長(zhǎng)都很開心。