李炳新[1]2004年在《新型聚合物光纤放大器的研究》文中指出与石英光纤相比,聚合物光纤价格低廉,芯径大,连接耦合容易,是光纤局域网的理想传输介质。目前,聚合物光纤主要问题是其损耗较大,限制了通信距离,虽然氟化聚合物光纤损耗小,但价格昂贵很难推广。因此,聚合物光纤放大器的研究也就成为必然,掺稀土元素聚合物光纤放大器研究进展缓慢,掺有机染料聚合物光纤放大器增益较大,但普遍存在染料的热漂白问题,限制了放大器的工作寿命。为此,我们提出用双包层结构来解决聚合物光纤放大器中有机染料的热漂白问题。首先,研究了制作双包层聚合物光纤的材料和制作工艺,设计研制了离心浇铸等制造设备,采用加压聚合等方法解决了制作工艺中存在的问题,先制作预制棒再拉丝涂覆,成功制作了同心、偏心和 D 形双包层掺罗丹明 B 的聚合物光纤。其次,对掺罗丹明 B 的双包层聚合物光纤放大器中的理论问题进行了深入的研究,应用导波光学基础理论分析了泵浦光在双包层光纤中传输时被有机染料吸收的问题,计算了四种不同结构双包层光纤的泵浦光吸收效率和吸收系数,其中矩形和D 形结构对泵浦光吸收效率较高,是比较理想的双包层结构。使用速率方程,结合有机染料分子能级的特点(有叁重态吸收),分析了双包层聚合物光纤放大器的增益特性,泵浦光脉冲宽度在几个 ns 时,放大器增益等于没有叁重态吸收的稳态增益,若脉冲持续时间再长,增益指数下降。对短脉冲的泵浦光,分析了放大器的瞬态增益特性,泵浦光脉冲和信号光脉冲之间的时延会显着减小放大器的增益。最后,实验测量了双包层掺罗丹明 B 的聚合物光纤放大器的荧光强度,实验结果证明采用双包层结构之后,有机染料的热漂白现象明显减小,荧光强度下降很慢,延长了放大器的工作寿命。实验测量了双包层掺罗丹明 B 的聚合物光纤放大器的增益,增益没有达到理论的预期结果,原因是实验所用的泵浦光源和信号光源都不是很合适,脉冲时间太短,泵浦脉冲和信号脉冲之间的时间差导致增益减小,与理论分析的结果是符合的。鉴于经费比较紧张,许多设备都是自行设计和制作的,比较简陋,实验也存在着很多不足之处,在实验设备、制作工艺和测试光源等方面还有待进一步的改善提高,另外,在光纤结构和增益介质种类上有深入研究的必要。
邱薇薇[2]2013年在《功能聚合物光纤器件研究》文中认为光纤器件经过几十年的发展,种类越来越多,已经成为一个独特的门类,被广泛应用在光纤通信领域和传感领域。随着社会的发展,信息需求的增长对光纤器件的功能和性能都提出了更高的要求。聚合物材料具有易加工成型、光学性质优异、成本低等优点,还由于特殊的结构和多功能的侧链,使得它在集成光学、非线性光学、可调激光器、传感器等领域都显示出诱人的前景。因此基于有机聚合物光学材料的光纤功能器件研究,近年来一直受到人们的极大关注。本论文以有机聚合物光纤功能器件为研究对象,从材料特性出发,系统研究了纤芯掺杂稀土聚合物的光纤光放大器、偶氮苯石英复合光纤幅度／偏振调制器和聚合物光纤光栅的特性。具体内容如下：使用向空芯石英光纤中灌入稀土掺杂溶液的方法制备了掺杂Eu(TTA)3Phen的液芯光纤,并且研究了Eu(TTA)3Phen掺杂的溶液和光纤的吸收光谱和发射光谱。得到螯合物Eu(TTA)3Phen的荧光寿命为0.543ms,在355nm波长处存在强烈吸收,而在613nm处的荧光发射峰最强。通过对铕离子掺杂的光纤放大特性进行理论模拟,结果显示液芯光纤放大器的最佳增益长度比石英光纤放大器的长度小了近两个数量级,这个结论为制作稀土掺杂的液芯光纤放大器提供了理论依据。从理论上分析稀土掺杂浓度,光纤结构参数,稀土材料特性对稀土掺杂的液芯光纤的放大性能的影响,为设计和制作高性能的液芯光纤放大器提供指导。随后我们对制作的液芯光纤的光放大特性进行了测试,当掺杂浓度为0.8wt.%,泵浦功率为203mW时,Eu(TTA)3Phen掺杂的液芯光纤在长度为8.1cm处对613nm的信号光实现了8.2dB的增益。制作了偶氮苯聚合物作为包层,腐蚀后的石英作为纤芯的复合光纤。理论分析了光纤结构参数及聚合物涂覆层材料特性对复合光纤传输特性的影响,在此基础上设计合适的光纤结构参数,并提出对聚合物材料特性的要求。分别引入氟代偶氮苯聚合物和含聚倍半硅氧烷(POSS)偶氮苯聚合物作为石英光纤涂覆层,基于偶氮苯聚合物的光致折射率变化和光致双折射特性,通过外部光照实现了对光纤和偏振态的动态调制。实验结果证明了调制可逆,且重复性良好。含POSS的偶氮苯聚合物-石英复合光纤在435nm的0°偏振光照下相位变化达到了360°,可实现极大范围的偏振调制。利用这种偶氮苯聚合物-石英复合光纤构造新型的全光纤器件和多功能光纤器件为研究开发提供了一种新的有效途径。采用改进的基于Sagnec干涉技术的方法在纤芯掺杂光敏材料安息香二甲醚(BDK)的少模聚合物光纤上刻写Bragg光栅。利用耦合模理论对少模聚合物光纤的传输模式以及少模聚合物光纤Bragg光栅各阶模式的应变响应特性和温度响应特性进行了分析。由于石英光纤纤芯和包层材料的热光系数几乎相同,聚合物光纤纤芯和包层材料热光系数相差较大,少模石英光纤Bragg光栅各阶模式具有几乎相同的温度响应系数和应变响应系数,少模聚合物光纤Bragg光栅各阶模式具有相似的应变响应特性,但是不同的温度响应特性。在此基础上提出了利用单根少模聚合物光纤Bragg光栅的不同模式实现温度和应变效应同时传感的方法。最后利用实际制作的纤芯掺杂BDK光敏材料的少模光纤Bragg光栅进行了应变与温度双参量同时传感的实验验证。实验测得的光栅各阶模式的温度灵敏度分别为-98pm/℃、-103pm/℃、-105pm/℃和-11lpm/℃,应变灵敏度分别为1.193pm/με、1.189pm/με、1.186pm/με和1.163pm/με并且根据理论分析的结果,通过制作纤芯和包层材料的热光系数差别很大的少模光纤Bragg光栅,该多参量传感器的性能可以进一步提高。
李晨霞, 方达伟, 金尚忠, 张在宣[3]2003年在《通信用聚合物光纤放大器》文中研究指明通过对掺杂有机燃料聚合物光纤放大器、掺杂稀土螯合物聚合物光纤放大器、聚合物光纤拉曼放大器以及半导体聚合物光纤放大器的基本原理和特点以及近期新发展的介绍,指出了几种聚合物光纤放大器的研究方向.
梁浩, 李增昌, 张其锦[4]2002年在《聚合物光纤放大器》文中提出聚合物光纤是一种新型的信号传输介质。本文综述了聚合物光纤放大器的研究现状 ,着重对有机染料和稀土掺杂的聚合物光纤的特性进行了深入的讨论
明海, 马辉, 张涛, 张永生, 孙晓红[5]2004年在《聚合物光纤与功能器件的研究与应用》文中指出本文综述了国内外聚合物光纤与功能器件研究工作的最近进展,并着重介绍本实验室相关的研究工 作,同时讨论一些聚合物光纤器件和产品在通信与光电子方面的应用。
许思友[6]2008年在《稀土离子配合物敏化发光效应的实验研究》文中提出稀土离子掺杂聚合物具有吸收截面大、稀土离子的发射峰锐、掺杂浓度高、荧光强度强等优点,不仅可用来制作光波导,光纤放大器,激光材料等,而且其他光学领域也有广泛的应用前景。因此,本工作主要研究稀土离子掺杂聚合物敏化发光效应的荧光特性。首先,文章给出了稀土离子掺杂聚合物放大器的发展状况。介绍了稀土离子掺杂聚合物放大器的优点。详细阐述了稀土离子发光机理及敏化发光效应。其次,依据稀土离子的发光特性及能级匹配原则,对实验材料进行了对比分析,最后选出所需要的实验材料。稀土离子选用Eu~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)、α-噻吩甲酰叁氟丙酮(TTFA).最后,使用氯化铕(EuCl_3),氯化钐(SmCl_3) ,氧化铽(Tb_2O_3),α-噻吩甲酰叁氟丙酮(TTFA)等原料反应合成稀土离子单掺,共掺聚合物。本实验首次采用化学掺杂法将两种稀土离子混合再与TTFA聚合的方法制备出稀土离子配合物,此方法是在同一配体不同健位掺杂两种稀土离子,这有利于提高敏化发光效应能传递效率。通过吸收光谱及荧光光谱分析,得出稀土离子Eu~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)与配体TTFA以及稀土离子Eu~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)之间的敏化特性。通过对本实验结果的分析,可发现在稀土离子Eu~(3+),Sm~(3+)和Tb~(3+)单掺配合物实验中,稀土离子Eu~(3+),Sm~(3+)和Tb~(3+)与配体配合时都具有敏化发光效应。其中Eu离子与TTFA的敏化效应强于Sm离子和Tb离子;在稀土离子共掺配合物Eu:,Sm:(TTFA)_3, Tb:,Sm:(TTFA)_3,Eu:,Tb:(TTFA)_3实验中均有明显的化学掺杂敏化效应,其中Eu:,Sm:(TTFA)_3共掺配合物的效应最强,所以将其应用于聚合物光纤放大器具有良好的发展前途。
史洪印[7]2002年在《塑料光纤放大器的研究》文中认为塑料光纤(POF)是一种低成本、重量轻、便于安装使用、柔软的数据传输介质。在今后酌短距离、中小容量通信系统(如局域网)中，用塑料光纤代替原有的同轴电缆和双绞线，已成为一种趋势，也为进一步实现全光网以及系统的扩容升级提供了可能。而塑料光纤放大器(POFA)是完善和扩展塑料光纤功能的一个重要元件，因此对其进行性能改进具有重要意义。 目前，POFA存在的主要问题之一是有机激光染料的热漂白现象，这会大大降低器件酌使用寿命。为此我们采用新型结构——双包层光纤，用以提高泵浦光的耦合效率和功率，降低光纤单位截面上泵浦光的光强，从而抑制热漂白现象，提高器件寿命。 本文根据国家自然科学基金项目“塑料光纤放大器的研究”要求，系统地分析了塑料光纤放大器的工作机理；研究了塑料光纤放大器从选材、材料合成到光纤成丝的整个工艺过程。着重对双包层结构如何减小光纤放大器中有机染料的热退化同时保持较高的泵浦效率进行了理论分析，并用实验证实了该结构的可行性。实验测试了所制作出的双包层塑料光纤放大器(DC POFA)的吸收谱、荧光谱和增益特性。 鉴于经费比较紧张的现状，许多实验设备均是自行设计制作的，同时测试条件也受到一定限制。在这种条件下，实验还是取得了一定的成果，但不是很理想；于是在本文的最后，作者指出了可能存在的问题及改进措施，相信会对以后的工作有一定的参考价值。
贾相飞[8]2010年在《基于聚合物光纤的超大应变测量技术研究》文中指出超大应变的测量在飞机机翼的拉伸、钢管爆破、土工织物、新型高分子材料、结构材料采用极限设计等的研究中,具有重要的意义。光纤应变传感器已经成为世界上应用广泛的传感器之一,具有许多电传感器不可比拟的优点,如不受电磁场以及其他外界环境变化的影响、灵敏度高、体积小、绝缘性好、可实现分布测量等,已经广泛应用于建筑、石油、化工等领域。聚合物光纤具有优异的耐辐照性能,模量低、较柔软、直径较大、数值孔径大,易连接耦合,重量轻、成本低等优点。将聚合物光纤应用于超大应变测量领域中,利用聚合物光纤独特的物理性能,通过理论分析和实验研究,研制出了一种新型的基于聚合物光纤的超大应变传感器。完成的主要内容如下:(1)完成基于强度调制的聚合物光纤超大应变传感器的理论分析。分析了引起聚合物光纤传输光损耗的各种因素,对聚合物光纤的弯曲损耗做了较详细的分析,建立了关系式,经微分,建立了理想传感器结构的应变—光纤弯曲损耗的数学模型;分析了传感器灵敏度与光纤直径、数值孔径等因素的关系;对实际的传感器结构和影响传感器灵敏度、线性度等性能的决定性因素做了分析。(2)搭建了超大应变传感测量系统。对搭建的强度调制型测量系统的噪声做了分析,设计了光源驱动电源、耦合光路、光电转换电路和A/D采集卡等功能模块,系统作了降噪处理,满足测试要求。(3)进行了聚合物光纤超大应变传感器的实验研究。实验主要分为两部分,一是对不同的光源,不同的传感器结构进行了实验研究。通过对实验结果做分析对比,探寻出了一种新型的超大应变传感器,其结构简单,线性好,灵敏度较高,能够实现超大应变测量;二是对传感器的性能进行了详细的实验分析,对传感器的稳定性,重复性,迟滞等性能指标做了认真的实验研究。(4)多点分布式大应变测量的探索研究。应变的分布式测量具有重要的意义,通过对具有代表意义的两点的空分复用技术的研究,探索了所研究的传感器应用于超大应变的分布式测量的可行性。通过研究,成功探索出一种新型的基于聚合物光纤的超大应变传感器,其测量范围高达到16%以上,具有良好的线性,稳定性,重复性,有良好的应用前景。通过对两点的复用式测量的研究表明,此传感器可用于超大应变的分布式测量,有着巨大的应用潜力。
李晨霞, 方达伟, 金尚忠, 张在宣[9]2002年在《聚合物光纤放大器技术的进展》文中提出在评述了各种不同类型的聚合物光纤放大器研究的最新进展、基本原理和特点基础上,展望了该器件的应用及其发展前景,并提出了聚合物拉曼光纤放大器这个新的研究方向。
王怀善[10]2007年在《光放大用有机—无机杂化材料的合成与近红外发光特性研究》文中指出稀土掺杂光波导放大器可用来弥补集成光学器件内光信号传输和处理过程中的损耗，它是短距离光通讯网络的重要器件之一。而提高光波导放大器的光学增益性能和探索新型的光放大材料是该领域的研究热点之一。钕离子和铒离子在1.33μm和1.54μm的近红外发光分别对应二氧化硅光波导色散等于零的传输窗口和最低损耗传输窗口，是第二和第叁标准通讯窗口。钕或铒掺杂有机-无机杂化材料综合了有机材料和无机材料性能优点，对其制备方法和光谱学性能进行基础性研究，可望发展一类用于通讯波段的高性能光放大材料。本文在综述稀土(钕、铒)掺杂光放大材料，特别是以稀土有机配合物为光学活性掺杂物质的光放大材料的研究进展基础上，以研制可用于光放大器件的新型稀土掺杂有机-无机杂化光放大材料为目标，研究了溶胶-凝胶工艺制备的有机-无机杂化材料的近红外光学性能；设计、合成了一组稀土有机配合物，并研究了其近红外发光特性；设计合成了一类可用于光放大器件的稀土配合物掺杂有机-无机杂化材料；探索了稀土近红外发光敏化新途径，揭示了敏化机理和影响规律。采用溶胶-凝胶工艺制备有机改性凝胶玻璃，研究了其近红外波段光损耗特性，为活性物质掺杂基质的选择提供依据。研究表明，乙烯基改性凝胶玻璃是较适宜的掺杂基质。研究了溶胶-凝胶工艺参数对乙烯基改性凝胶玻璃光损耗的影响规律，结果表明，pH值较大时光损耗较小，热处理对光损耗的降低并没有明显的积极作用。凝胶玻璃折射率的研究表明，乙烯基改性凝胶玻璃体系的折射率较甲基改性凝胶玻璃体系大。同时还研究了硅锆二元系统有机改性凝胶玻璃的光损耗和折射率调控规律，为获得合适的导光层和覆盖层材料提供了依据。钕、铒有机配合物在有机改性凝胶玻璃基质中具有良好的化学相容性，设计和深入研究了一系列具有良好近红外发光性能的配合物，可为甄选发光性能优良的光学活性掺杂物质提供依据。基此，系统合成了一系列钕、铒的β-二酮配合物，并研究了它们的近红外发光性能。研究发现，不同配体对钕、铒离子近红外发光性能有着不同程度的影响作用：协同配体Phen和TPPO对发光性能起着增强作用；氟化β-二酮配体对钕配合物发光性能并未完全起着增强作用，但对叁元铒配合物发光性能起着增强作用；DBM或TTA的配合物均表现出比其它相似配合物更好的发光性能：Nd(TTA)_3(TPPO)_2、Er(TTA)_3(TPPO)_2和ErQ_3发光性能表现较优。另外，还设计合成了铒离子分别与链接配体BDC和氟化链接配体BDC-F_4形成的金属有机框架配合物(MOFs)，把它们去溶剂化后研究其发光性能发现，氟化链接配体的发光强度相对未氟化链接配体提高了3倍，为开辟一类近红外发光的稀土金属有机框架配合物提供依据。为从理论上揭示配体对近红外发光性能的影响，将Judd-Ofelt理论应用于钕、铒配合物发光性能的分析。理论计算了钕和铒离子激发态的自发跃迁速率和辐射寿命，其中由此得到的Nd(TTA)_3(TPPO)_2中钕离子量子产率为27.6％：揭示了配体种类和配体化学结构对Q_2和Ω_6参数值的影响规律；探讨了钕离子1330 nm和铒离子1540 nm的发光强度与Ω_6值的关系、以及有效线宽与Ω_2值的关系。上述结果可为钕、铒配合物的合理设计提供实验和理论依据。基于对钕、铒配合物发光性能的深入研究，选择Nd(TTA)_3(TPPO)_2掺杂至乙烯基改性凝胶玻璃薄膜后进行光谱学表征，揭示了激发光源、掺杂浓度和热处理温度等因素对薄膜发光性能的影响规律；研究了导致钕离子激发态浓度猝灭的钕离子间能量传递过程，结果表明，有机配体的存在使得钕离子发光强度相对无机盐掺杂的有所提高；钕硅比7 mol％为最佳掺杂浓度，此时钕掺杂的离子浓度为6.02×10~(20)离子数／厘米~3；热处理温度低于120℃时薄膜发光强度随温度上升缓慢，而经150℃处理后薄膜发光强度迅速上升。还选择Er(HFA)_3(TPPO)_2掺杂至乙烯基改性凝胶玻璃薄膜里，并表征其近红外发光特性。另外，由于近红外发光性能表现比较好的8-羟基喹啉配合物在溶胶-凝胶工艺中的溶解度较低，为了克服这一缺点，采用原位掺杂技术实现了凝胶玻璃薄膜中原位合成铒离子与8-羟基喹啉的配合物，研究了其近红外发光特性。针对配合物中铒离子近红外发光性能表现仍不够理想的问题，探索了敏化稀土离子近红外发光的新途径，以提高其发光性能。有机配体在紫外-可见波段的吸收系数比稀土离子的高几个数量级，基于有机配体敏化铒离子发光的研究，建立配体HFA和8-羟基喹啉对铒离子的敏化模型，揭示了它们与铒离子之间的能量传递途径。首次实现了铒、镱离子共存于同一配合物，在配合物内部实现镱离子对铒离子发光的敏化。研究表明，单稀土配合物Er(HFA)_3(TPPO)_2和Yb(HFA)_3(TPPO)_2以及双稀土配合物Er_(1/2)Yb_(1/2)(HFA)_3(TPPO)_2叁者的晶体结构相同；980 nm激发时双稀土配合物中铒离子发光的主要通道是通过镱离子激发态~2F_(5/2)有效传递能量至铒离子~4I_(11/2)来实现，并证实了镱至铒传能机理是基于偶极-偶极相互作用的Forster机理，计算了镱铒能量传递速率。有机激光染料的摩尔吸光系数比稀土离子高3-5个数量级，可以借助激光染料以敏化增强稀土离子的发光。基此，设计、合成了一组稀土离子与染料阳离子共存一体的离子缔合型配合物，即稀土二元配合物阴离子与染料阳离子缔合形成离子缔合型配合物，首次采用离子缔合的简单方式实现了染料对稀土离子的近红外敏化发光，建立了缔合配合物内部能量传递模型，探索了几种染料对稀土离子敏化发光的可能性，确定了染料至稀土离子的传能路径。激光染料R6G阳离子与铒、钕二元配合物阴离子[Ln(TTA)_4]~-的缔合配合物的敏化发光性能研究发现，可见光激发下R6G阳离子对铒、钕离子近红外发光均起增强作用，其中钕离子的发光强度提高了8倍，而R6G阳离子敏化铒离子的效果相对较不明显。成功地把R6G阳离子与钕配合物阴离子共掺于乙烯基改性凝胶玻璃薄膜中，研究表明共掺R6G薄膜发光强度相对单掺Nd(TTA)_3(TPPO)_2薄膜提高7倍左右。另外，选择自身具有配位基团的可见区染料DCM作为钕离子发光的敏化体，成功地合成含DCM分子的配合物Nd(HFA)_3DCM，其发光强度相对Nd(HFA)_3·2H_2O仅提高一倍，总的来说DCM对钕离子的敏化效果不如R6G。考虑到激发源与光集成的兼容问题，需要选用结构紧凑的近红外半导体激光器作为激发源，相应地选择近红外波段激光染料作为敏化体。为此，分别设计、合成了近红外波段激光染料IR140、IR27和IR5的阳离子与铒离子的二元配合物阴离子[Er(TTA)_4]~-、[Er(HFA)_4]~-形成的叁种缔合配合物，即Er(TTA)_4(IR140)、Er(TTA)_4(IR27)和Er(HFA)_4(IR5)，首次实现了以800 nm、980 nm半导体激光二极管为激发源，近红外波段染料对铒离子近红外发光的敏化增强。研究了它们的敏化增强机制，建立了各自的分子内能量传递的理论模型。为研制综合性能优异的光放大用光学活性物质提供了分子设计、可控合成的实验与理论依据。
参考文献：
[1]. 新型聚合物光纤放大器的研究[D]. 李炳新. 燕山大学. 2004
[2]. 功能聚合物光纤器件研究[D]. 邱薇薇. 中国科学技术大学. 2013
[3]. 通信用聚合物光纤放大器[J]. 李晨霞, 方达伟, 金尚忠, 张在宣. 中国计量学院学报. 2003
[4]. 聚合物光纤放大器[J]. 梁浩, 李增昌, 张其锦. 高分子通报. 2002
[5]. 聚合物光纤与功能器件的研究与应用[J]. 明海, 马辉, 张涛, 张永生, 孙晓红. 量子电子学报. 2004
[6]. 稀土离子配合物敏化发光效应的实验研究[D]. 许思友. 新疆大学. 2008
[7]. 塑料光纤放大器的研究[D]. 史洪印. 燕山大学. 2002
[8]. 基于聚合物光纤的超大应变测量技术研究[D]. 贾相飞. 天津大学. 2010
[9]. 聚合物光纤放大器技术的进展[J]. 李晨霞, 方达伟, 金尚忠, 张在宣. 光电子技术与信息. 2002
[10]. 光放大用有机—无机杂化材料的合成与近红外发光特性研究[D]. 王怀善. 浙江大学. 2007
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