Er^(3+)掺杂硫系光子晶体光纤的中红外增益特性研究  

Studies on mid-IR gain characteristics of Er^(3+)-doped chalcogenide glass photonic crystal fibers

作　　者：於杏燕[1] 周亚训[1] 许银生[1] 王训四[1] 张培晴[1] 陶光明 戴世勋[1] 

机构地区：[1]宁波大学信息科学与工程学院红外材料及器件实验室,浙江宁波315211 [2]美国中弗罗里达大学光学中心,弗罗里达奥兰多32826

出　　处：《光电子．激光》2012年第5期915-921,共7页Journal of Optoelectronics·Laser

基　　金：国家自然科学基金(60878042;61177087);教育部新世纪优秀人才计划(NCET-10-0976);浙江省杰出青年基金(R1101263);宁波市新型光电功能材料及器件创新团队基金(2009B21007);宁波大学王宽诚幸福基金资助项目

摘　　要：实验制备了质量比为1%的Er3+掺杂75GeS2-15Ga2S3-10CsI(GGSI)硫系玻璃,测试并计算了相关光谱参数,使用多级法计算了设计的光子晶体光纤(PCF)在2.8μm的中红外信号的模场分布。在此基础上,建立了Er3+的四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模型综合考虑了Er3+的交叉弛豫和能量上转换,模拟得到了Er3+掺杂GGSI硫系玻璃PCF在2.8μm的中红外增益与掺杂光纤长度、泵浦功率和信号功率的变化关系。研究结果显示,Er3+掺杂GGSI硫系PCF放大器在2 750～2 950nm波段平均信号增益值超过了40dB,明显优于传统结构光纤的平均信号增益值20dB。1wt% Er3＋-doped 75GeS2-15Ga2S3-10CsI（GGSI） chalcogenide glasses are fabricated and the properties of these glasses are investigated.The mode field distribution in mid-infrared（IR） region of the designed photonic crystal fiber（PCF） is worked out by the multipole method.Based on the rate equations and light propagation equations,the numerical simulations on mid-infrared gain versus the fiber length,pump power and signal power for the Er3＋-doped GGSI chalcogenide glass PCF are presented in this paper,which are compared with those of conventional fiber amplifiers.Effects of energy transfer between Er3＋ levels due to cross-relaxation and cooperative up-conversion are considered here.It is shown that the average signal gain of the Er3＋-doped GGSI chalcogenide glass PCF exceeds 40 dB in the region of 2 750-2 950 nm,which presents a bigger signal mid-infrared gain than conventional fibers with 20 dB.

关 键 词：Er3+掺杂硫系玻璃 光子晶体光纤(PCF) 中红外增益 速率-传输方程 

分 类 号：TN253[电子电信—物理电子学] O751[理学—晶体学]