引用本文:

苏采芸,董艳华,赵阳阳. 锥形光纤结构形态对量子点光纤放大器性能的影响[J]. 光通信技术,2021,45(10):24-29.

锥形光纤结构形态对量子点光纤放大器性能的影响

苏采芸,董艳华*,赵阳阳

(上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444)

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摘要:锥形光纤的结构形态对优化锥形光纤放大器光学性能具有重要意义。分析了不同结构形态锥形光纤的渐逝波透射深度的变化,提出了2种锥形结构的优化方案,并结合速率方程、功率方程及有限差分波束传输法建立了量子点锥形光纤放大器模型,研究了锥形光纤结构形态对放大器性能的影响。仿真结果表明:改变初始熔融长度和拉伸长度可使入射角在满足全反射条件下更接近临界角,从而增加锥区表面的渐逝波深度,优化后的锥形光纤结构形态有利于光纤放大器性能的提升。

关键词:锥形光纤;渐逝波;量子点光纤放大器;光学特性;PbS纳米材料

中图分类号:TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)10-0024-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.006

0 引言
     锥形光纤因为原理简单、制备工艺成熟被广泛应用于传感器、放大器和滤波器等器件中。2008年,刘茜倩等人[1]采用数值模拟了沿线性和抛物线形锥形的渐逝波透射深度变化,优化了单锥形传感器探针的形状。2012年,周良等人[2]通过数值模拟并分析了锥形光纤的光场分布,发现初始熔融长度和拉伸长度对传输效率的影响,改善熔锥参数可以获得更好的传输效率。2014年,YADAV T K等人[3]研究了不同锥腰直径的锥形单模光纤制备的温度传感器的温度敏感程度,从而优化制备的锥形几何形状。2019年,ZENG L等人[4]研究了不同锥形的掺镱锥形光纤放大器对非线性效应的抑制效果。同年,BOBKOV K K等人[5]成功制备了高峰值及平均功率的掺镱锥形光纤放大器。2020年,ALVAREZ-CHAVEZ A等人[6]研究了不同形状的掺杂锥形光纤所制备的温度传感器的温度敏感度。国内外多年的研究成果均表明锥形光纤形状的参数对应用锥形光纤制备的器件性能有很大影响。
近年来,对掺稀土元素放大器的研究进入了瓶颈。随着纳米技术的飞速发展,在锥形光纤表面涂覆量子点薄膜制备光纤放大器越来越具有可行性和优越性[7-9]。目前,光纤放大器的研究主要集中在对量子点薄膜的优化。2013年,SUN X等人[7]研究了多尺寸量子点掺杂薄膜制备的锥形光纤放大器的宽带特性。2018年,SUN X L等人[8]通过溶胶凝胶法制备量子点薄膜,采用2种新型多功能共聚物进行改进,提高了光纤放大器增益。但是,针对锥形光纤结构形态对光纤放大器的影响和光学特性优化的研究较少,这影响了基于渐逝波理论的锥形光纤放大器研究的深入开展。
本文主要研究不同结构形态锥形光纤的渐逝波透射深度的变化,提出2种优化锥形结构的方案,并通过建立量子点光纤放大器模型,从理论和实验两方面研究锥形结构形态对放大器性能的影响。

4 结束语
     本文建立了不同结构形态锥形光纤渐逝波深度的理论模型,分析了初始熔融区长度和拉伸长度对锥区形状和渐逝波透射深度的影响,提出了2个优化锥形光纤结构形态的方案,并通过锥形光纤放大器模型验证了渐逝波强度和放大器增益的相关性。研究结果表明:通过改变初始熔融区长度和拉伸长度可提高锥区的渐逝波强度,进而增加外层薄膜与渐逝波的作用区域,达到优化锥形光纤放大器增益特性的目的;优化后锥腰直径约为8 μm,并且增益会随着初始熔融长度和拉伸长度变化进一步提升。本文的研究方法为优化锥形光纤放大器提供了一种可行的方向,具有实际应用价值。