纳米级InP内包层光纤及其放大性能

摘要

随着人们对信息需求的快速增长，光纤通信技术成为信息高速公路的核心和支柱。其中，点到多点的全光高速密集波分复用技术(DWDM)和光纤放大器相结合是光通信发展的主流趋势，因此DWDM系统的发展必须与光纤放大器带宽扩展技术发展同步。但如何扩大密集波分复用系统的通信容量，提高光纤放大器放大带宽范围，是当前该领域研究的热点和难点。作为光纤放大器的核心部件，放大光纤的研究也随之成为了重中之重。 本文首先概述了光放大器和放大光纤的发展状况；考虑将纳米技术与光纤技术相结合，研究了在普通光纤的纤芯和包层之间沉积一层纳米材料的新型结构光纤。通过对III-V族半导体物质的性质和纳米微粒的制备方法的分析，选择了半导体材料InP物质作为掺杂材料，且采用改进的化学汽相沉积法(MCVD)作为该种光纤的制备方法，最终研制出了掺杂纳米级InP内包层光纤，该光纤在纤芯和包层之间有一层厚度为16nm-70nm的纳米级InP薄膜；针对研制出的光纤，根据其几何结构建立模型，从理论上分析计算了光纤中的光波导分布、量子尺寸效应、及量子尺寸效应对光放大的影响；通过建立载流子的运动模型，得到了输出功率随InP纳米薄膜内包层光纤长度的变化的表达式；在实验方面，设计并且搭建实验测试系统，将532nm的泵谱光注入到该光纤，利用截断法对研制出的光纤进行了损耗和增益的测试，实验结果证实：该光纤的单位长度放大系数(dB/m)分别为1.40-5.12 (906-1044 nm)1.40-15.35(1080-1491 nm)，1.86-7.44 (1524-1596 nm)。 最后，本文对利用纳米材料在光纤改进方面起到的作用进行了分析和展望，并对所研制的光纤的应用前景进行了多方面的探索和研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1光纤的发展历程

1.2未来光通信中的核心技术的发展现状

1.3光放大器技术

1.3.1掺饵光纤放大器(EDFA)

1.3.2半导体光放大器(SOA)

1.3.3基于SRS放大器(FRA)

1.4放大光纤的研究进展

1.4.1掺杂稀土元素光纤

1.4.2 纳米材料光纤

1.5本文的主要内容及研究意义

参考文献

第二章掺杂纳米级Inp内包层光纤的研制

2.1 InP材料的性质

2.1.1纳米级InP的晶体结构

2.1.2纳米级InP的能带

2.1.3纳米级InP的光吸收特性

2.2纳米微粒制备方法概述

2.2.1低压气体中蒸发法

2.2.2溅射法

2.2.3微乳液法(反相胶束法)

2.2.4溶胶-凝胶法(胶体化学法)

2.2.5化学气相沉积法

2.3光纤预制棒的制作工艺

2.3.1光纤预制棒芯棒制造技术

2.3.2光纤预制棒外包层制造技术

2.4掺杂纳米级InP内包层光纤的拉制

2.4.1预制棒制作

2.4.2掺纳米级InP内包屡光纤拉丝过程

2.5本章小结

参考文献

第三章掺杂纳米级InP内包层光纤的光波导特性

3.1掺杂纳米级InP内包层光纤的结构

3.2掺杂纳米级InP内包层光纤的波导分析

3.2.1阶跃光纤传输条件

3.2.2利用Maxwel//方程分析光纤的基本模型

3.2.3比较分析掺杂与不掺杂光纤魄场分布

3.3量子尺寸效应在纳米薄膜放大光纤中的应刚

3.4掺杂纳米级InP光纤的放大机理

3.4.1引言

3.4.2放大光纤中载流子的运动模型

3.4.3速率文程与放大特性

3.5本章小结

参考文献

第四章掺杂纳米级InP内包层光纤的实验测试

4.1光纤损耗因素的分析

4.1.1固有损耗

4.1.2附加损耗

4.1.3光纤损耗的分析

4.2测量光纤的损耗的理论和方法

4.2.1光纤损耗的理论分析

4.2.2测量光纤损耗的方法

4.3掺杂纳米级InP内包层光纤的传输损耗测试

4.4掺杂纳米级InP内包层光纤的增益测试

4.5本章小结

参考文献

第五章掺杂纳米级InP内包层光纤的应用前景与展望

5.1光纤放大器

5.2 1非线性光学应用领域

5.2.2超连续谱

5.3展望

5.4本章小结

参考文献

攻读硕士学位期限间发表的学术论文

致谢