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离子交换铒镱共掺玻璃光波导放大器的实验与理论研究
离子交换铒镱共掺玻璃光波导放大器的实验与理论研究
摘要：
本文主要以离子交换铒镱共掺玻璃光波导放大器的实验与理论研究为主题，介绍了其基本的原理和实验方法。实验结果表明，在铒镱共掺玻璃光波导中，铒离子和镱离子的共存，能够达到很好的增益效果，相比较单一掺铒或掺镱高3倍以上，实验数据符合所设计的理论。铒镱共掺玻璃光波导放大器在寿命长，温度稳定性好的特点，为其商业应用奠定了坚实的物理基础。
关键词：离子交换，铒镱共掺，玻璃光波导，放大器，温度稳定性
Abstract:
Thispapermainlyintroducesthebasicprinciplesandexperimentalmethodsofion-exchangeerbium-ytterbiumco-dopedglassopticalwaveguideamplifier.Theexperimentalresultsshowthatthecoexistenceoferbiumionsandytterbiumionscanachievegoodgaineffectinerbium-ytterbiumco-dopedglassopticalwaveguides,whichismorethan3timeshigherthanthatofsingle-dopederbiumorytterbium,andtheexperimentaldataconformstothedesignedtheory.Thelonglifeandgoodtemperaturestabilityoferbium-ytterbiumco-dopedglassopticalwaveguideamplifierprovidesasolidphysicalbasisforitscommercialapplication.
Keywords:ionexchange,erbium-ytterbiumco-doping,glassopticalwaveguide,amplifier,temperaturestability
一、引言
光通讯在当今信息时代发挥着极其重要的作用，而光通讯中的光放大器作为光通讯的核心组成部分之一，在光通讯领域中也是相当受欢迎的一个研究方向。目前，商业上使用的典型光放大器技术主要有半导体激光放大器（SLA）和光纤放大器（OFA），但随着技术的发展，这两种方案面临着很多问题，比如温度稳定性差，零点漂移等，这些问题制约了其应用。铒镱共掺玻璃光波导放大器得到了广泛的关注和研究，其寿命长，温度稳定性好，是未来光通讯领域的一个方向。本文主要介绍了铒镱共掺玻璃光波导放大器的实验与理论研究。
二、原理
1.离子交换
离子交换是指在某些特殊的化学条件下，离子交换树脂或某些为特殊功能制备的物质，可以将一些粘附其中的离子与周围环境中的离子相互交换。离子交换可以发生在固体、液体和气体之间的界面上。离子交换技术主要用于对液相体系中的离子进行分离、富集和除去。
2.铒镱共掺
铒是一种常用的光放大器掺杂离子，但仅掺铒的光放大器的增益峰值较窄，为了使光放大器的增益带宽达到更广泛的范围，将铒与其他掺杂离子的共掺常常被采用。铒与镱的共掺可以弥补单一掺铒或镱所面临的问题，相比于铒或镱单独掺杂，铒镱共掺的光放大器的增益峰值要宽广许多。
3.玻璃光波导
光波导一般是指一种基于几何光学的应用，利用某些材料的折射率分布，将光子束定向传播或反射。玻璃光波导是以玻璃作为基材，通过不同的技术手段，使玻璃的折射率分布形成符合需求的光路来实现光波导。玻璃光波导通常是利用玻璃的离子交换或快速熔融制备得到，具有体积小、传输带宽宽、损失低、抗尘、抗水跑等优点。
4.放大器
放大器是一种可以将输入信号放大到输出信号的电子器件。在光学领域中，放大器是将输入光信号转化为高强度、高质量、同相位的输出光信号的器件。其中铒镱共掺玻璃光波导放大器是一种常见的光放大器，可将光信号从输入端放大到输出端。
三、实验方法
1.离子交换铒镱共掺玻璃的制备
离子交换铒镱共掺玻璃采用热压法制备。首先将Na/K混合离子交换玻璃条在1000°C下热压得到钠/钾离子交换玻璃（S1玻璃），然后将S1玻璃在160°C下热压并同时以铒离子掺入（S2玻璃），再将S2玻璃在期间160-400°C下依次进行钠/镱离子交换，得到铒镱共掺玻璃（S3玻璃）。
2.实验装置
铒镱共掺玻璃光波导放大器的实验装置如下图所示：
实验流程：
①光源发出输入光信号，通过单模光纤输入到铒镱共掺玻璃光波导。
②铒镱共掺玻璃光波导放大器增益层内的输入光通过获得增益并被放大。
③放大后的输出光通过单模光纤输出。
④通过功率计测量输入输出功率和增益值。
四、实验结果与分析
通过上