1 山西能源学院 能源与动力工程系, 山西 晋中030600
2 长春理工大学 材料科学与工程学院, 吉林 长春130022
采用全矢量有限元法设计了一种大模场双包层微结构光纤及锥形波导结构。采用复丝拉制方法制备了成分为45Bi2O3-29GeO2-15Ga2O3-10Na2O-1CeO2的大模场双包层微结构光纤, 纤芯直径为70 μm, 内包层的占空比为0.25, 模场面积约为3 014.8 μm2。采用熔融拉锥技术制备了纤芯直径为17.5 μm、有效模场面积为206.47 μm2的锥形光纤。在980 nm泵浦下研究了微结构光纤及其锥体的激光特性。结果表明, 拉锥后微结构光纤的激发光谱中心波长由1 550.2 nm向短波漂移至1 546.9 nm, 而输出激光光束质量因子M2由3.45±0.03显著减少至1.16±0.01。拉锥前后的斜率效率分别达到10.29 %和9.70 %。研究结果表明, 拉锥可有效改善大模场双包层有序微结构光纤的激光输出模式, 拉锥后的激光输出具有良好的单模特性。该项技术研究结果为大模场、高功率的激光光纤材料制备提供了新的技术途径。
Er3+/Yb3+共掺 微结构光纤光锥 模场 1.5 μm激光特性 Er3+/Yb3+ co-doped microstructure fiber taper mode field 1.5 μm laser characteristics
1 长春大学理学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130013
高非线性光子晶体光纤具有小纤芯、大折射率对比度的特点，采用Bi-Ge-Ga多组分激光玻璃材料作为纤芯材料设计了特殊结构的高非线性光子晶体光纤。运用全矢量有限元法结合完美边界条件，得出该光子晶体光纤在波长为1.55 μm、1.80 μm处的双折射系数分别为2.89×10-2与3.28×10-2。色散曲线表明，结构参数M=d/Λ分别为0.5和0.6的光子晶体光纤，当内包层椭圆空气孔椭圆率为0.6时有两个零色散点，呈现了负色散特性。在1.55 μm处，X偏振的限制损耗在3.8784×10-5~4.5739×10-5 dB?km-1之间，Y偏振的限制损耗在3.5203×10-5~4.2147×10-5 dB?km-1之间，为光通信、微结构光纤传感器等非线性光纤研究领域的研究提供了参考借鉴。
光纤光学 光子晶体光纤 高非线性 色散 双折射 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0306003
长春理工大学材料科学与工程学院, 吉林 长春 130022
设计了一种基于36Bi2O3-30GeO2-15Ga2O3-10BaF2-9Na2O玻璃的可在~3 μm波段同时实现高双折射和大负色散的微结构光纤,该光纤结构包括空气孔呈矩形排列的内包层和空气孔呈正六边形排列的外包层。运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件,从理论上研究了光纤波导结构参数对光纤双折射特性和色散特性的影响。结果显示:在波长2740 nm处,当微结构光纤的结构参数为外包层孔间距Λout=1.5 μm,外包层占空比dout/Λout=0.68,内包层占空比din/Λin=0.86,Λout/Λin=3时,光纤基模的双折射值达到0.0296,x方向偏振基模的色散系数可达-3204.75 ps·nm -1·km -1。结果表明,所设计光纤对~3 μm波段光纤激光器的色散与双折射调控或光纤传感领域扩展具有一定的指导意义。
材料 微结构光纤 铋酸盐玻璃 双折射 色散 全矢量有限元法 中国激光
2021, 48(24): 2406002
1 长春大学 理学院，长春 130000
2 长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130000
非对称结构光子晶体光纤应用广泛。其良好的偏振特性、灵活的色散调控能力以及低限制损耗品质，对于优化与改善偏振光纤器件、非线性光学光纤、光通信光纤、光纤传感器等性能发挥着关键的作用。选用高折射率铋锗镓激光玻璃为材料，设计了八边形阵列、矩形晶格排列的光子晶体光纤，纤芯缺陷区包层及外包层均为圆形空气孔。模拟实验数据显示，结构参数为M=0.5，0.6时，在波长为1.55 μm处的双折射系数分别为1.16×10−2和1.33×10−2；在近红外波段短波区，矩形晶格结构光子晶体光纤的色散范围分别在±30 ps·nm−1·km−1之间及−18～32 ps·nm−1·km−1之间。色散斜率较低，曲线具有零色散点，展现了良好的连续谱调控能力；在1.00～1.90 μm波段内，当M=0.5，0.6时，光纤限制损耗稳定在10−7～10−9 dB·km−1之间；在1.55 μm处，限制损耗测量值分别为2.32×10−7和1.62×10−8 dB·km−1。
矩形晶格 铋锗镓激光玻璃 双折射 色散特性 限制损耗 rectangular lattice Bi-Ge-Ga laser glass double refraction chromatic dispersion limit loss 强激光与粒子束
2021, 33(10): 101002
1 长春理工大学材料科学与工程学院， 吉林 长春 130022
2 华南理工大学电力学院， 广东 广州 510640
针对高功率光纤激光器在实际应用过程中所面临的高效耦合及激光输出质量问题，自行设计了大模场微结构光纤的波导结构，采用集束拉丝技术制备了纤芯直径41 μm、内包层数值孔径0.62、纤芯数值孔径0.05、有效模场面积约530 μm2的掺镱微结构光纤。在抽运功率为35.0 W的条件下，获得的单模激光输出功率为19.1 W，斜率效率为55.2%，光束质量因子M2小于1.01。
光纤光学 掺镱微结构光纤 大模场面积 集束拉丝 激光性能 中国激光
2014, 41(12): 1205006
长春理工大学 材料科学与工程学院, 长春 130022
酸溶法传像光纤材料具有单丝直径细、柔软性能好、分辨率高等优点，在高清晰度光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景.本文从基质玻璃材料入手，开展了物化性能相互匹配的高光学质量预制棒管的制备、拉排丝以及硬质传像光纤的酸溶试验；对柔性传像光纤的分辨率、光谱透过率以及暗丝等进行了分析与表征.实验结果表明，该材料的制备过程突破了传统传像光纤的生产工艺，实现了传像光纤的结构与工艺创新.
柔性传像光纤 酸溶法 分辨率 光谱透过率 Flexible image fiber Acid leaching method Resolution Spectral transmissivity
长春理工大学 电子信息工程学院, 长春 130022
分析了空地激光通信系统中主要器件和信道对通信光功率的影响，并根据接收探测器的信噪比和通信误码率公式，建立了空地激光通信仿真系统.分析了在误码率优于10－7条件下，不同地面大气能见度所对应的最高通信速率;以及要实现通信速率为1.5 GHz，误码率优于10－7时需要的最小发射功率和最长通信距离.结果表明，当发射功率越大时，地面大气能见度对误码率的影响越明显.
空地激光通信 通信速率 误码率 信噪比 大气湍流 Spaceground optical communication Communication rate Bit error rate Signal noise ratio Atmosphere turbulence
1 长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130022
2 长春大学 理学院，长春 130022
为使光纤传像束具有良好的传光、传像性能，需要对原始材料的匹配性进行优化设计.本文引入PbO等阳离子半径大的材料作纤芯，用低折射率SiO2和B2O3材料作包层，选择BaO等酸溶速率高的材料作为酸溶层，研究了纤芯、包层和酸溶层玻璃材料之间物化性能和光学性能的匹配性.通过差热分析和光谱透过率等多种实验手段，对这三种玻璃材料的光学和热学性能进行了测试和分析，优化设计出了酸溶法光纤传像束所需要的原料配方.结果表明：在纤芯、包层和酸溶玻璃材料中分别引入质量分数为45%PbO、60% SiO2和40%(B2O3 +BaO)以上时，酸溶法光纤传像束材料的匹配性最佳，该研究和设计对高质量光纤传像束的制备和应用具有重要意义.
光纤传像束 酸溶法 匹配性 性能分析 Fiber image bundle Acid-leaching technique Matching Performance analyzing
1 长春理工大学材料科学与工程学院， 吉林 长春 130022
2 长春大学理学院， 吉林 长春 130022
引入La2O3等阳离子半径大的材料作纤芯，用低折射率材料作包层，开展了物化性能相匹配的高光学质量纤芯和包层玻璃的制备。采用棒管法拉丝工艺开展了光纤传像束单丝的拉制实验，并对所拉制的双包层光纤进行了测试。实验得到了单根光纤直径为30 μm，透过率为48%/m，芯包同心度误差0.01%，数值孔径为0.82的传像光纤。实验结果表明，该材料的光接收角达到了110°，光纤的集光能力显著提升。
光纤光学 传像光纤材料 数值孔径 透过率 激光与光电子学进展
2010, 47(12): 120605
1 长春理工大学 电子信息工程学院，长春 130022
2 长春大学 理学院，长春 130022
采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响，为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜，通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输，成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082.50 nm，谱线宽度0.113 nm，最大输出功率8.5 W，泵浦阈值功率0.8 W，斜率效率为70.8%的稳定激光输出.
光纤光栅 掺镱双包层光纤 锥度光纤 全光纤激光器 Optical fiber gratings Yb-doped double cladding fiber Tapered fiber All-fiber laser device
