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掺铒光纤放大器是提高波分复用系统信道数和1.5μm处光网络系统传输容量的关键部件,目前该器件中广泛应用的是掺Er3+石英光纤,主要工作在C波段(1530-1565nm),L波段(1565-1615nm)掺铒光纤放大器主要是利用铒离子增益谱的尾部。随着通信技术的飞速发展,长距离光纤传输系统对通信容量和系统扩展的需求日益膨胀,常规掺铒石英光纤放大器已不能满足高速大容量通信传输的要求。因此,为了获得带宽宽、增益平坦的光纤放大器,寻找新的放大材料,使光纤放大器放大性能向L波段扩展已成为当务之急。碲酸盐玻璃融合了宽的传送区域(0.35~6μm)、良好的玻璃稳定性、高的稀土可溶性、慢的腐蚀速率以及氧化物玻璃中最低的声子能和高的折射率等特性,因此,已成为光电子应用领域中的重要光学材料。作为掺铒光纤放大器的基质,碲酸盐玻璃不仅可掺杂较大浓度的Er3+离子,而且在1.5μm波长处展示了宽的平坦增益带,使光纤放大器的放大性能一直延伸到L波带,这是硅酸盐玻璃和磷酸盐玻璃所不能比拟的。本文主要研究几种新型用于光纤放大器的掺铒、掺镨碲酸盐玻璃的光谱特性,其主要研究的内容和结果如下: 1.首次制备了掺Er3+铅卤碲酸盐玻璃(TeO2-PbCl2-ZnO-Na2O)(EDTPb)。对于宽带掺铒光纤放大器而言,基质材料的特性非常重要,这是因为稀土离子的受激发射截面与基质的折射率成正比,因此得到高折射率的基质材料极其重要。铅卤化合物的加入不仅使掺铒碲酸盐玻璃的受激发射截面增加7%,同时又加宽了玻璃的形成区域,提高玻璃的稳定性。 2.首次制备了掺Er3+碲铌酸盐玻璃(TeO2-Nb2O5-ZnO-Na2O)(EDTNb)。传统碲酸盐玻璃的起始转变温度太低,使其在高强度光的照射下容易受到损坏,Nb2O5的加入不仅使玻璃的转变温度显著提高,而且使玻璃在1.5μm处的受激发射截面和带宽增加了8%。而在EDTNb玻璃中加入Ce3+离子,则可大大减小了碲酸盐玻璃的上转换现象,提高玻璃的泵浦效率。 3.首次制备了掺Er3+钨碲酸盐玻璃(TeO2-WO3-ZnO-Na2O和TeO2-40WO3-PbCl2-Na2O)(EDTWZn、EDTWPb)。WO3的存在使碲酸盐玻璃具有了两种网络生成体,这就造成了更为复杂的网络结构及其配位场强度,产生了光谱曲线的非均匀加宽,从而使玻璃的受激发射截面和带宽显著增加。研究结果表明,同传统碲酸盐玻璃相比,钨碲酸盐玻璃的受激发射截面增加了13%左右,而带宽则增加15nm以上。同时由于WO3的存在,玻璃的声子能增加,这就使玻璃的上转换发光现象明显减小,而且玻璃的起始转变温度也显著提高。 4.新型Pr3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的研究(TeO2-ZnO-Na2O-Pr2O3-Yb2O3)(PDT)。由于石英玻璃材料具有较大的声子能,因此不能用来制作1.3μm的掺镨光纤放大器,现在主要使用各种组合成份的具有离子性和声子能小的氟化物玻璃。但由于氟化物玻璃易于受到环境的侵蚀,必须进行真空密封,同时光纤的熔接也较为困难。碲酸盐玻璃具有较低的声子能,良好的玻璃稳定性,因此可望成为PDFA的基质材料。