与石英光纤相比,聚合物光纤价格低廉,芯径大,连接耦合容易,是光纤局域网的理想传输介质。目前,聚合物光纤主要问题是其损耗较大,限制了通信距离,虽然氟化聚合物光纤损耗小,但价格昂贵很难推广。因此,聚合物光纤放大器的研究也就成为必然,掺稀土元素聚合物光纤放大器研究进展缓慢,掺有机染料聚合物光纤放大器增益较大,但普遍存在染料的热漂白问题,限制了放大器的工作寿命。为此,我们提出用双包层结构来解决聚合物光纤放大器中有机染料的热漂白问题。 首先,研究了制作双包层聚合物光纤的材料和制作工艺,设计研制了离心浇铸等制造设备,采用加压聚合等方法解决了制作工艺中存在的问题,先制作预制棒再拉丝涂覆,成功制作了同心、偏心和 D 形双包层掺罗丹明 B 的聚合物光纤。 其次,对掺罗丹明 B 的双包层聚合物光纤放大器中的理论问题进行了深入的研究,应用导波光学基础理论分析了泵浦光在双包层光纤中传输时被有机染料吸收的问题,计算了四种不同结构双包层光纤的泵浦光吸收效率和吸收系数,其中矩形和D 形结构对泵浦光吸收效率较高,是比较理想的双包层结构。使用速率方程,结合有机染料分子能级的特点(有三重态吸收),分析了双包层聚合物光纤放大器的增益特性,泵浦光脉冲宽度在几个 ns 时,放大器增益等于没有三重态吸收的稳态增益,若脉冲持续时间再长,增益指数下降。对短脉冲的泵浦光,分析了放大器的瞬态增益特性,泵浦光脉冲和信号光脉冲之间的时延会显著减小放大器的增益。 最后,实验测量了双包层掺罗丹明 B 的聚合物光纤放大器的荧光强度,实验结果证明采用双包层结构之后,有机染料的热漂白现象明显减小,荧光强度下降很慢,延长了放大器的工作寿命。实验测量了双包层掺罗丹明 B 的聚合物光纤放大器的增益,增益没有达到理论的预期结果,原因是实验所用的泵浦光源和信号光源都不是很合适,脉冲时间太短,泵浦脉冲和信号脉冲之间的时间差导致增益减小,与理论分析的结果是符合的。 鉴于经费比较紧张,许多设备都是自行设计和制作的,比较简陋,实验也存在着很多不足之处,在实验设备、制作工艺和测试光源等方面还有待进一步的改善提高,另外,在光纤结构和增益介质种类上有深入研究的必要。