面向空间应用耐辐照有源光纤研究进展
发布时间：2021-04-14 22:27
稀土掺杂有源光纤激光器或放大器具有重量轻、体积小、电光转换效率高等优点,在空间激光通讯、空间激光雷达、太空垃圾处理及军事等方面有重要应用价值。然而,常规稀土掺杂有源光纤在太空辐射环境中的辐射诱导损耗是非稀土掺杂无源光纤的1000倍以上,这给面向空间应用的光纤激光器或放大器的长期稳定性带来了严峻挑战。本文简要介绍了太空辐照环境、石英光纤在太空中的应用需求和所面临的挑战;然后从三个方面详细介绍了当前国内外在耐辐照有源光纤领域取得的最新研究成果:1)有源光纤辐致暗化机理,2)有源光纤耐辐射特性的影响因素,3)提高有源光纤耐辐射特性的方法;最后,对耐辐照有源光纤的未来研究方向进行了展望。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：29 页
【部分图文】：
脉冲EPR谱(HYSCORE投影)[72]
原位紫外激发荧光光谱和CW-EPR谱测试结果表明[49],辐射引入的Yb2+和OHC对在Yb3+/Al3+共掺石英玻璃中最多,在Yb3+/P5+共掺石英玻璃中最少,这与Yb3+离子配位基团的电荷量有关。Yb2+和OHC对形成模型如图8所示。在Yb3+/Al3+双掺石英玻璃中,Yb3+周围主要是[SiO4/2]0和[AlO4/2]-基团。电负性的[AlO4/2]-在辐射过程中容易俘获一个空穴(即释放出一个电子)变成Al-OHC,释放出的电子被Yb3+俘获,从而大量Yb3+被还原为Yb2+。因此,Yb3+/Al3+双掺石英玻璃的抗辐照性能最差。
图13汇总了影响有源光纤耐辐射特性的三大主要因素:光纤参数、环境参数、应用参数(根据文献[7]整理)。其中光纤参数是影响有源光纤耐辐射特性的最主要因素,它包含光纤的纤芯、包层及涂覆层成分,光纤的光学几何参数,及光纤的制备工艺三方面。环境参数包含辐射粒子的种类、总剂量和剂量率、环境温度三个方面。应用参数包括光纤泵浦结构、泵浦波长、泵浦功率、光纤长度、光纤使用历史5个方面。以下分别对这三个影响因素进行介绍。图11 磷单掺石英玻璃中常见点缺陷的光谱[20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]γ射线辐照增益光纤影响激光器功率特性实验[J]. 谌鸿伟,陶蒙蒙,赵海川,赵柳,沈炎龙,黄珂,冯国斌. 中国激光. 2019(12)
[2]Yb3+/Al3+/Ce3+/F–掺杂石英玻璃的结构与性质（英文）[J]. 邵冲云,王璠,郭梦婷,杨佳慧,张海波,李吉豪,王世凯,于春雷,任进军,胡丽丽. 硅酸盐学报. 2019(01)
[3]掺铥光纤γ射线辐照效应实验研究[J]. 吴闻迪,余婷,陶蒙蒙,李兴冀,叶锡生. 中国光学. 2018(04)
[4]Effect of power scale of 974 and 633 nm lasers on the induced loss at 633 nm of Yb3+/Al3+ co-doped silica fiber[J]. 谢封侯,邵冲云,楼风光,王孟,于春雷,冯素雅,胡丽丽. Chinese Optics Letters. 2018(01)
[5]伽马辐照对掺铒光纤性能影响的研究[J]. 李竞飞,陈伟民,雷小华,张伟,齐翊,许亨艺,刘显明. 光谱学与光谱分析. 2016(06)
[6]Radiation-induced change of OH content in Yb-doped silica glass[J]. 刘双,郑书培,杨科,陈丹平. Chinese Optics Letters. 2015(06)
[7]γ射线辐照对掺Yb光纤材料性能的影响[J]. 黄宏琪,赵楠,陈瑰,廖雷,刘自军,彭景刚,戴能利. 物理学报. 2014(20)
[8]空间光通信中EDFA的抗辐射技术的研究[J]. 王岩,李洪祚,郝子强. 激光与光电子学进展. 2013(07)
[9]伽马辐照对掺镱硅酸盐玻璃光学性能的影响[J]. 盛于邦,邢瑞先,栾怀训,刘自军,李进延,戴能利. 无机材料学报. 2012(08)
[10]高精度光纤陀螺用掺铒光纤光源辐照性能试验[J]. 王巍,王学锋,李晶,王德澍. 红外与激光工程. 2012(07)
本文编号：3138125
【文章来源】：中国激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：29 页
【部分图文】：
脉冲EPR谱(HYSCORE投影)[72]
原位紫外激发荧光光谱和CW-EPR谱测试结果表明[49],辐射引入的Yb2+和OHC对在Yb3+/Al3+共掺石英玻璃中最多,在Yb3+/P5+共掺石英玻璃中最少,这与Yb3+离子配位基团的电荷量有关。Yb2+和OHC对形成模型如图8所示。在Yb3+/Al3+双掺石英玻璃中,Yb3+周围主要是[SiO4/2]0和[AlO4/2]-基团。电负性的[AlO4/2]-在辐射过程中容易俘获一个空穴(即释放出一个电子)变成Al-OHC,释放出的电子被Yb3+俘获,从而大量Yb3+被还原为Yb2+。因此,Yb3+/Al3+双掺石英玻璃的抗辐照性能最差。
图13汇总了影响有源光纤耐辐射特性的三大主要因素:光纤参数、环境参数、应用参数(根据文献[7]整理)。其中光纤参数是影响有源光纤耐辐射特性的最主要因素,它包含光纤的纤芯、包层及涂覆层成分,光纤的光学几何参数,及光纤的制备工艺三方面。环境参数包含辐射粒子的种类、总剂量和剂量率、环境温度三个方面。应用参数包括光纤泵浦结构、泵浦波长、泵浦功率、光纤长度、光纤使用历史5个方面。以下分别对这三个影响因素进行介绍。图11 磷单掺石英玻璃中常见点缺陷的光谱[20]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]γ射线辐照增益光纤影响激光器功率特性实验[J]. 谌鸿伟,陶蒙蒙,赵海川,赵柳,沈炎龙,黄珂,冯国斌. 中国激光. 2019(12)
[2]Yb3+/Al3+/Ce3+/F–掺杂石英玻璃的结构与性质（英文）[J]. 邵冲云,王璠,郭梦婷,杨佳慧,张海波,李吉豪,王世凯,于春雷,任进军,胡丽丽. 硅酸盐学报. 2019(01)
[3]掺铥光纤γ射线辐照效应实验研究[J]. 吴闻迪,余婷,陶蒙蒙,李兴冀,叶锡生. 中国光学. 2018(04)
[4]Effect of power scale of 974 and 633 nm lasers on the induced loss at 633 nm of Yb3+/Al3+ co-doped silica fiber[J]. 谢封侯,邵冲云,楼风光,王孟,于春雷,冯素雅,胡丽丽. Chinese Optics Letters. 2018(01)
[5]伽马辐照对掺铒光纤性能影响的研究[J]. 李竞飞,陈伟民,雷小华,张伟,齐翊,许亨艺,刘显明. 光谱学与光谱分析. 2016(06)
[6]Radiation-induced change of OH content in Yb-doped silica glass[J]. 刘双,郑书培,杨科,陈丹平. Chinese Optics Letters. 2015(06)
[7]γ射线辐照对掺Yb光纤材料性能的影响[J]. 黄宏琪,赵楠,陈瑰,廖雷,刘自军,彭景刚,戴能利. 物理学报. 2014(20)
[8]空间光通信中EDFA的抗辐射技术的研究[J]. 王岩,李洪祚,郝子强. 激光与光电子学进展. 2013(07)
[9]伽马辐照对掺镱硅酸盐玻璃光学性能的影响[J]. 盛于邦,邢瑞先,栾怀训,刘自军,李进延,戴能利. 无机材料学报. 2012(08)
[10]高精度光纤陀螺用掺铒光纤光源辐照性能试验[J]. 王巍,王学锋,李晶,王德澍. 红外与激光工程. 2012(07)
本文编号：3138125
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