氟化物光纤

时间:2016-11-23 07:47来源:光粒网作者:拓普光研 点击:
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摘要:多组分重金属氟化物玻璃由于其在近紫外至中红外的高度透明性以及其最小的光损耗,在制备新型光学元件、传感器、医学、大气以及通信等领域有广阔的潜在应用价值,引起各国的广泛重视。由重金属氟化物玻璃拉制而成的光纤即氟化物光纤。氟化物玻璃光纤在2.5μm附近理论损耗为0.001dB/km,比石英光纤损耗理论上低1到2个数量级。

关键字:激光,光纤激光器,氟化物光纤

  多组分重金属氟化物玻璃由于其在近紫外至中红外的高度透明性以及其最小的光损耗,在制备新型光学元件、传感器、医学、大气以及通信等领域有广阔的潜在应用价值,引起各国的广泛重视。由重金属氟化物玻璃拉制而成的光纤即氟化物光纤。氟化物玻璃光纤在2.5μm附近理论损耗为0.001dB/km,比石英光纤损耗理论上低1到2个数量级。

 

  重金属氟化物要形成稳定的玻璃,其组成范围很窄,制备工艺十分严格,故在选择光纤材料组分时,不仅要考虑玻璃的光学、热学性质还应考虑制造工艺和材料有关的物理化学性质。

 

  氟锆酸盐玻璃光纤

 

  ZFG光纤是典型的氟锆酸盐光纤,操作波长范围在0.3~4.3μm,从以下传输损耗谱可以看到,在0.3~3.4μm损耗最低,可小于0.05dB/m。氟锆酸盐玻璃成玻性能好,抗析晶失透性能良好,玻璃在软化的温度区有较低的粘滞活化能,增加了拉丝工作的温度范围,其中以ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)系统玻璃的制作工艺最稳定成熟。缺点是机械强度较差,易碎且受不了液态水的侵蚀,需要特殊的涂覆层来保护。

 

氟锆酸盐玻璃光纤波长损耗谱

  (氟锆酸盐玻璃光纤波长损耗谱)

 

  此外,稀土离子掺杂氟锆酸盐玻璃光纤(ZBLAN)被广泛应用在中红外波段光纤激光器中,作为有源介质产生中红外激光。ZBLAN光纤是目前中红外光纤激光领域应用最广泛的光纤介质,以3微米中红外光纤激光器为例:由于3微米附近水的振动吸收峰非常强烈,使得3微米激光被广泛应用于激光手术等。利用掺铒的双包层ZBLAN光纤作为有源介质,975nm半导体激光器作泵浦源产生的3微米连续激光国际功率已经超过30W,整体方案已经相当成熟。以下是不同稀土离子掺杂ZBLAN光纤的发光谱。

 

氟锆酸盐玻璃光纤波长损耗谱

  (稀土离子掺杂ZBLAN光纤发光谱)

 

  氟铝酸盐玻璃光纤

 

  下图是AFG光纤(氟铝酸盐玻璃光纤)波长损耗谱:AFG工作波长范围在0.3~4μm,其中在传输1.7~3.1μm波段内的光时可以将损耗降到0.06dB/m以下。与氟锆酸盐玻璃光纤相比,氟铝酸盐玻璃光纤具有较高的机械强度和化学稳定性,但是在冷却过程中容易析晶失透,需要加入其它碱金属氟化物组分来改善,提高玻璃光学质量。

 

氟锆酸盐玻璃光纤波长损耗谱

  (氟铝酸盐玻璃光纤波长损耗谱)

 

  氟铟酸盐玻璃光纤

 

  从以下波长损耗图谱中可以看到:氟铟酸盐玻璃光纤的红外透射性能优异,其传输波长范围为0.3~5.3μm,与氟锆酸盐玻璃光纤相比向红外方向拓展了1μm,在2~4.1μm波段传输损耗可降至0.05dB/m以下。氟铟酸盐玻璃具有更低的声子能量,这意味着它有更高的量子效率,非辐射跃迁例如交叉驰豫等概率低。虽然制造工艺还没有氟锆酸盐玻璃光纤成熟,需求量小,但优良的性能使得氟铟酸盐玻璃光纤在红外超连续谱等领域有着非常大的应用潜力。

 

氟锆酸盐玻璃光纤波长损耗谱

  (氟铟酸盐玻璃光纤波长损耗谱)

 

  总体来说,氟化物玻璃光纤在2μm~5μm中红外波段透过率高,背景损耗低,在中红外激光器、超连续谱以及光传输领域都有着非常广阔的应用。拓普光研致力于与国内高校各研究合作,共同推进国内氟化物光纤激光的研究和应用。

 

  公司:北京拓普光研科技发展有限公司

 

  地址:北京市朝阳区望京广顺北大街博泰国际大厦B座801室内

 

  作者:拓普光研

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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