碲酸盐玻璃光纤.ppt

Hello Boysandgirls Cao Lee 碲酸盐玻璃光纤 Page 3 目录 引言 碲酸盐玻璃的性质 掺铒碲酸盐玻璃光纤及光纤放大器 结论 Page 4 随着因特网 宽带综合业务数字网及多媒体通讯的飞速发展 石英光纤平均增益带宽为1530 1565nm 只有35nm左右 严重制约了传输波长的信道数 人们亟需更多的信道数和带宽 这就需要开发一种超宽带光纤放大器 它能在常规EDFA工作的C波段以外进行放大 近年来出现了多种新基质材料掺杂的光纤放大器 玻璃光纤的现状 Page 5 玻璃光纤的现状 迄今为止 国外已有多家公司开发了商品化的玻璃光纤 主要包括掺铒碲酸盐玻璃光纤 掺铒磷酸盐光纤 掺铒铋酸盐光纤及掺铥 镨氟化物光纤等 以及相应的玻璃光纤放大器 稀土掺杂的玻璃光纤近年来在WDM传输系统中发展迅速 Page 6 玻璃光纤的主要特点 玻璃光纤的光谱往往较石英基质中更加平坦和宽大 稀土掺杂的玻璃光纤能工作在石英光纤无法放大工作的波段 玻璃光纤制备工艺简单 成本低 Page 7 碲酸盐玻璃主要包括以下特点 较宽的红外透过范围 直到6 m 在氧化玻璃中具有较低的声子能量 约为650cm 1 高折射率 2 0左右 高非线性折射率和高绝缘常数 熔化温度较低 大约为900 与氟化物玻璃相比具有较好的化学稳定性 Page 8 碲酸盐玻璃组成 碲酸盐玻璃的组分将直接影响玻璃的形成能力 热稳定性 折射率大小 稀土离子掺杂浓度和稀土离子光谱特性等 Page 9 碲酸盐玻璃结构 Page 10 碲酸盐玻璃热稳定性 碲酸盐玻璃材料的热稳定性好坏直接影响拉制的光纤内部损耗 Page 11 热稳定性常常用玻璃的析晶开始温度Tx和玻璃转变温度Tg之间的差值 T大小来衡量 一般用差示扫描量热仪 DSC 或者差热分析仪 DTA 来测定 T越大 表示玻璃光纤拉制时不产生析晶的可操作温度范围越广 其热稳定性越好 反之 T差值越小 玻璃热稳定性越差 光纤拉制时内部易产生析晶 一般而言 T 100 C时玻璃的热稳定性较好 碲酸盐玻璃热稳定性 Page 12 1 在TeO2 R2O R Na K等 碲酸盐玻璃系统中 在一定范围内随着碱金属氧化物含量增加 玻璃转变温度Tg逐渐降低 而玻璃结晶开始温度Tx却基本不变 相应的 T变大 玻璃的抗析晶性能增加 2 稀土氧化物引入对碲酸盐玻璃的热稳定性是有影响的 有的稀土离子会增加玻璃的稳定性 有的反而会降低玻璃的稳定性 碲酸盐玻璃的组分及差热数据 Page 13 由于碲酸盐玻璃组分对Er3 Tm3 离子光谱特性有着重要的影响 另外碲酸盐玻璃的物理化学 机械强度以及热稳定性能对其光纤拉制工序至关重要 所以碲酸盐玻璃作为宽带放大器掺铒或掺铥光纤的基质材料目前已成为宽带玻璃主动光纤研究重要组成部分 近几年来日益得到广泛的研究 稀土掺杂的碲酸盐玻璃光谱性质研究 Page 14 1 如何提高Er3 离子或Tm3 离子在碲酸盐玻璃中荧光带宽 2 如何提高Er3 离子的1 55 m 4I13 2 4I15 2 或Tm3 离子1 47 m 3F4 3H4 在碲酸盐玻璃中发光效率 3 研究Er3 或Tm3 离子在碲酸盐玻璃中的上转换现象 稀土掺杂的碲酸盐光谱性质的研究 Page 15 采用碲酸盐玻璃基质的掺Er3 光纤或掺Tm3 光纤能使信号在C L波段 1530 1610nm 或S波段 1420 1520nm 宽带区域实现有效的放大 国际上一些著名的光纤材料研究单位纷纷将碲酸盐基质的掺铒或掺铥光纤作为研究重点 掺铒碲酸盐玻璃光纤及其光纤放大器 Page 16 对掺铒碲基光纤如何将玻璃光纤与普通石英光纤之间实现低损耗连接是碲酸盐玻璃光纤应用到光纤放大器重要实际问题 连接损耗主要是由模场直径失配 两光纤接触端面间的反射等因素引起的 NTT在1997年报道的掺铒碲酸盐光纤的损耗为3dB m 1998年减少到0 5dB m 1999年又变为0 05dB m 现在损耗为0 02dB m 掺铒碲酸盐玻璃光纤 Page 17 掺铒碲酸盐玻璃光纤与石英光纤比较 Page 18 EDTFA是掺铒碲基光纤放大器 其中铒光纤材料为碲酸盐玻璃基质 工作波长范围可以覆盖整个C波段和L波段 掺铒碲酸盐玻璃光纤放大器 Page 19 C L波段放大 目前石英光纤的C L波段宽带EDFA是基于C波段EDFA和L波段EDFA并行放大的原理 可以在1530 1600nm区域获得70nm以上的增益带宽 其中C波段EDFA工作波长一般为1528 1563nm L波段EDFA工作范围一般约为1568 1603nm 中间大约有5nm的带宽间隙不能被利用 而EDTFA可以工作在整个C L波段 中间可以连续而没有间隙 Page 20 L波段放大 石英基质的L波段EDFA工作在1600nm以上时 铒离子在石英基质受激发射截面较小 加上信号光的ESA作用 导致其在 1610nm以上的噪声指数较大 而铒离子在碲基材料中受激发射截面较大 其噪声指数在 1620nm以上开始才明显增大 45 这样以来 EDTFA在L波段范围上的增益带宽可以较L波段的EDFA至少宽10nm左右 Page 21 结论和展望 碲酸盐玻璃作为一种新型的氧化物玻璃 其基础研究方面还存在许多未知性 随着信息技术 光通讯技术