氟化物光纤

2021-02-22 15:23:20 浏览:874

定义

采用氟化物玻璃制作的光纤。

氟化物光纤是采用氟化物玻璃制作的光纤,例如,氟铝酸盐玻璃或者氟锆酸盐玻璃。这种玻璃中的阳离子通常为重金属,例如锆或者铅。氟锆酸盐玻璃(主要成分为ZrF4)是一个典型的例子,而其中最常见的为ZBLAN玻璃(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)。这种光纤可以掺杂很多稀土离子用于光纤激光器和放大器中。

重玻璃组分得到很低的声子能量。最重要的结果就是:

  • 氟化物光纤在中红外波长处具有很高的透明度,常见的石英玻璃在大于约2μm后会吸收光。
  • 氟化物玻璃种的稀土掺杂离子作为宿主介质会降低多光子跃迁引起的淬灭过程的发生几率。因此,与石英光纤相比,很多电子能级的亚稳态寿命提高很多,可以实现激光产生。

与其它中红外透射的光纤相比,氟化物光纤的折射率相对较低,并且色散也很小。

氟化物光纤的应用

最初设想的氟化物光纤的应用是在光纤通信中,因为中红外光纤的损耗比石英光纤小,后者只有在约2微米时是透明的。但是,实际中可以与石英光纤比拟的低损耗并没有实现,并且氟化物光纤很脆和高成本也阻止了其商业化应用于这一领域。后来,将氟化物光纤应用到了其它的方面。第一种情况就是利用氟化物玻璃的中红外透明性,例如中红外光谱学,光纤传感器,温度测量和成像。另外,氟化物光纤可以传输Er:YAG激光器发出的2900 nm的光,这在一些医学领域需要用到,例如眼科和牙科。在该领域也可以使用氧化物光纤,尤其是锗酸盐玻璃,通常也包含重金属。

另外,氟化物玻璃中多光子跃迁受到强烈抑制的性质对于实现各种光纤激光器和放大器也非常重要,尤其是各种稀土掺杂的上能态寿命足够长因此能够实现各种激光器跃迁,例如上转换激光器。例如,掺钍氟化物光纤可以用于蓝光上转换激光器中[6,13,14],掺铒氟化物光纤用于绿光上转换激光器[4]。掺镨氟化物光纤可用于1300 nm放大器[7]和可见光光纤激光器中产生红光、橙光、绿光或者蓝光辐射[3,8,10]。掺铒氟化物玻璃可以实现3 μm光纤激光器[17],以及相比于掺铒光纤放大器(EDFAs)具有更宽和平坦增益的1500 nm放大器[16]。也可以将石英和氟化物光纤结合一起使用。

氟化物光纤的问题在于它很贵,并且由于其很脆很难操作(不能弯曲等),化学稳定性也有限。通常它们是吸湿的。

参考文献

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参阅:光纤、稀土掺杂光纤、光纤放大器、光纤激光器、石英光纤、多光子跃迁、淬灭效应

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