抗辐照有源玻璃及光纤材料制备与特性研究

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有源光纤已被广泛地应用在光纤激光器和光纤放大器中。与传统的有源光器件相比,光纤激光器与光纤放大器具有可靠性好、效率高、光束质量高、重量轻及体积小等优点,特别适合用在一些恶劣的辐照环境中,如核设施内部检测、空间通信等。然而要实现这些应用首先必须解决有源光纤的辐照性能问题。研究表明,高能辐照可在光纤中形成大量色心,从而导致器件性能下降甚至失效。本文中我们研究了伽马射线辐照对掺铒(Er)或掺镱(Yb)硅酸盐玻璃和掺镱双包层光纤光学性能的影响,通过在玻璃组分中引入一定量的铈离子可以有效抑制辐致色心的形成,从而提高了样品的抗辐照性能。利用改进化学气相沉积法(ModifiedChemicalVaporDeposition,MCVD)工艺制作出能够在辐照环境下稳定使用的双包层镱铈共掺光纤。获得的主要成果如下:(1)伽马射线辐照导致的暗化效应可以在玻璃基质中形成大量色心,使样品在400nm附近出现一个非常强的宽吸收带,其吸收带边缘可延伸至近红外区。同时部分Yb3+可通过俘获电离自由电子转变成Yb2+。(2)在980nm半导体激光器(LD)激发下泵浦能量可通过上转换过程从Er3+和Yb3+传递给辐致色心,从而导致荧光寿命下降。在测试过程中辐照过的样品出现了漂白现象。(3)在玻璃中引入一定量的铈离子可以有效抑制辐致色心的形成,提高样品的抗辐照能力。铈离子的吸收带主要位于紫外和中红外波长区域,远离光纤的工作波长。(4)利用MCVD工艺结合溶液掺杂法制备的双包层镱铈共掺光纤具有良好的抗辐照性能,经过0.5kGy剂量的辐照后仍有较高的激光斜率效率,能够在辐照环境中正常使用。
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