澳大利亞新南威爾士大學(xué)彭綱定教授課題組超寬帶鉍鉺共摻光纖的研發(fā)

  澳大利亞新南威爾士大學(xué)光子通信中心彭綱定教授課題組發(fā)表在Frontiers of Optoelectronics上的關(guān)于超寬帶鉍鉺共摻光纖的綜述論文(Development of Bi/Er co-doped optical fibers forultra-broadband photonic applications)，入選了施普林格·自然集團(tuán)的“一帶一路”倡議相關(guān)的多學(xué)科前沿學(xué)術(shù)研究合集(詳情請(qǐng)點(diǎn)擊閱讀原文)。此合集匯集了施普林格·自然集團(tuán)旗下刊發(fā)的有關(guān)“一帶一路”的最新研究成果，內(nèi)容涵蓋“一帶一路”地區(qū)的政策溝通、經(jīng)濟(jì)貿(mào)易發(fā)展、環(huán)境與資源開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施與城市建設(shè)、科技教育與民間往來等主要議題。

  隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，信息高速公路飛速發(fā)展并支撐著以信息為主導(dǎo)的現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)。在過去的40年，一系列技術(shù)突破使得單根光纖的傳輸容量持續(xù)增加,以跟上互聯(lián)網(wǎng)流量的不斷增長(zhǎng)。然而信息傳輸容量需求依然在以每年30%–40%的速度增長(zhǎng)，這使得拓展光纖傳輸帶寬的工作更加迫切。現(xiàn)代無水光纖技術(shù)的研發(fā)，讓石英光纖在約500 nm的波長(zhǎng)范圍(1200-1700 nm)內(nèi)都具有優(yōu)良的透光能力。然而，目前建立在摻鉺光纖(EDF)技術(shù)基礎(chǔ)上的波分復(fù)用(WDM)光纖通信骨干網(wǎng)絡(luò)，僅能在約80 nm帶寬的C+L波段(1520-1620 nm)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光放大。光譜資源的利用率不到20%。因此，迫切需要開發(fā)新的超寬帶光纖技術(shù)。

  新南威爾士大學(xué)光子通信中心彭綱定教授課題組提出并采用改進(jìn)化學(xué)氣相沉積(MCVD)和原位溶液摻雜技術(shù)開發(fā)鉍鉺共摻石英光纖(BEDF)，用于實(shí)現(xiàn)覆蓋1150-1700 nm波長(zhǎng)范圍的超寬帶、高增益光纖光源和光纖放大器。近年來，該課題組及其合作團(tuán)隊(duì)采用多種工藝技術(shù)開發(fā)出多款具有超寬帶發(fā)光特性的鉍鉺/鉍鉺鐿共摻石英光纖，提出了多種新穎的表征技術(shù)，采用了高溫、高能輻射和激光等技術(shù)對(duì)摻雜光纖進(jìn)行后處理，研究了提升或影響光纖性能的物理機(jī)制。超寬帶鉍鉺共摻光纖仍然存在許多基本的科學(xué)問題和技術(shù)挑戰(zhàn)亟待解決，目前的工作顯示，這一摻雜光纖有望實(shí)現(xiàn)某些獨(dú)特的光子應(yīng)用，如光纖傳感、光纖光柵、光放大和光纖激光器等。

  本文闡述了新南威爾士大學(xué)彭綱定教授課題組及其合作團(tuán)隊(duì)在超寬帶鉍鉺共摻光纖方面的研究進(jìn)展，其中包括：基于鉍鉺共摻光纖的超寬帶發(fā)光方面的科學(xué)問題、技術(shù)挑戰(zhàn)及近期進(jìn)展。

圖1. 鉍鉺共摻光纖和鉍鉺鐿共摻光纖的光譜范圍

圖2. (a) 新南威爾士大學(xué)國(guó)家聯(lián)合光纖制造設(shè)施中的光纖拉絲塔;(b)采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積(MCVD)和原位溶液摻雜技術(shù)制備的第一根鉍鉺共摻光纖預(yù)制棒的折射率分布;(c)鉍鉺共摻光纖的橫截面

圖3. 在60 mW 830 nm泵浦下，3 m鉍鉺共摻光纖的超寬帶發(fā)射譜

圖4. 基于鉍鉺共摻光纖的4個(gè)級(jí)聯(lián)布拉格光柵(相隔 >250 nm)的超寬帶透射譜

  Development of Bi/Er co-doped optical fibers forultra-broadband photonic applications

  Yanhua LUO, Binbin YAN, Jianzhong ZHANG,Jianxiang WEN, Jun HE, Gang-Ding PENG

  Front. Optoelectron., 2018, 11(1): 37-52.

  https://doi.org/10.1007/s12200-017-0764-y