引用本文:
陈振宜,陈惠,商娅娜,等. 硫化铅掺杂石英玻璃光纤喇曼增强特性研究[J]. 光通信技术,2020,44(2):47-51.
陈振宜,陈 惠,商娅娜,陈 娜*,刘书朋
(上海大学 上海先进通信与数据科学研究院,上海200444)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:普通单模光纤的喇曼增益低,严重制约了喇曼放大器的发展。因此,研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品,并测得其传输损耗谱和喇曼光谱,实验结果表明:硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下,分别进行了喇曼放大实验,相比于普通单模光纤,硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。
关键词:石英玻璃光纤;硫化铅掺杂;喇曼散射;喇曼增强;喇曼增益
中图分类号:TN256 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)02-0047-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.02.011
0 引言
近年来,随着大数据中心和云计算的兴起,使得网络带宽的需求量爆发式增长,而流量数据的快速增长给传统的通信网络带来了巨大的挑战。光纤喇曼放大器(FRA)的研究为解决网络数据流剧增提供了解决办法。相比于掺铒光纤放大器和半导体光放大器,FRA的优势非常明显:如噪声更低、增益带宽更宽;更重要的是其增益响应仅仅依赖于泵浦源波长,理论上可以实现任意波长信号的喇曼放大[1]。
目前,已有研究团队制备了各种材料的光纤[2-10],如亚碲酸盐玻璃光纤[3]、液芯光纤[4]和氟磷酸盐玻璃光纤[6]等。研究表明:亚碲酸盐玻璃光纤放大器具有更高的喇曼增益系数、更宽的增益谱以及更小的增益平坦度等优点[3]。但是,多组分玻璃光纤传输损耗极大,不适用于长距离传输。液芯光纤的波长传输范围取决于制备材料的选择,该光纤传输波长范围大,并具有可挠曲性良好、生产效率高和生产成本低的优点[5]。然而,液芯光纤不能过长和过细,工作温度须在-5 ℃~
35 ℃范围内,且其寿命一般为1~2年[7]。
与上述光纤相比,石英玻璃光纤具有损耗低、寿命长和与现有的光通信网络相兼容等特点。Yang Pengxiang等人报道了采用改进的气相化学沉积(MCVD)工艺制备的掺Nb2O5石英玻璃光纤,研究发现,相比于普通单模光纤,Nb2O5掺杂光纤有更大的喇曼增益系数[8,9]。郝平等人研究发现,采用MCVD工艺制备了铌酸锂掺杂石英玻璃光纤,与普通单模光纤比较,其喇曼增强特性更强,进一步证明掺杂石英玻璃光纤可以广泛商用[10]。
为了改进FRA的性能,提高喇曼增益,本文对掺杂具有高喇曼增益的特种光纤进行研究。
5 结束语
本文采用MCVD法制备出了长度为239 m的硫化铅掺杂石英玻璃光纤样品,其芯层和包层折射率差约为普通单模光纤的2倍,1550 nm处的传输损耗为2.97 dB。与普通单模光纤相比,硫化铅的掺入增强了石英玻璃光纤喇曼散射强度,在50~1000 cm-1波数范围内,硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射强度均高于普通单模光纤,最大可达2.6倍。此外,硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼增益显著高于普通单模光纤,最大可达2.4倍,且平均单位泵浦光功率增益是普通单模光纤的2.5倍。研究结果表明:石英玻璃光纤中掺入硫化铅可增强喇曼散射,提高喇曼增益。因此,硫化铅掺杂石英玻璃光纤可作为光纤喇曼放大器的增益光纤,将在宽带和高速光纤通信中具有实际应用价值。