铌铝共掺拉曼散射增强石英光纤研究

在全光通信和分布式传感领域，光纤拉曼技术得到了广范应用并拥有巨大的发展空间。随着实际需求的不断发展，对拉曼增益、光纤损耗以及分布传感精度等都提出了更高的要求，常规光纤极低的拉曼散射强度已严重制约了这一技术的发展，因此，获得更强的光纤拉曼散射十分必要。本项目将从石英光纤本身入手，着重研究光纤拉曼散射的增强机理和制备工艺，通过共掺铌铝金属材料，以实现光纤拉曼散射增强，通过原子层沉积(ALD)技术和内包层掺杂结构降低光纤传输损耗，利用ALD技术和改进化学气相沉积(MCVD)技术相结合的新工艺，制备具有较低传输损耗的拉曼散射增强石英光纤。在同样条件下，该拉曼增强石英光纤具有比常规单模光纤更大的拉曼散射强度，对于其在通信和传感领域的应用具有重大意义，而这一新的制备工艺方法也是对特种石英光纤制备技术更深入的探索与完善。

在全光通信和分布式传感领域，光纤拉曼技术得到了广泛应用并拥有巨大的发展空间。随着实际需求的不断发展，对拉曼增益、光纤损耗以及分布式传感精度等均提出了更高的要求，常规光纤极低的拉曼散射强度已严重制约了这一技术的发展，因此，获得更强的光纤拉曼散射十分必要。. 项目以制备具有拉曼散射增强功能的铌铝共掺石英光纤为目标，着重研究拉曼散射增强光纤及其制备工艺。研究计划要点包括：（1）石英光纤掺杂材料研究，通过共掺铌铝材料实现光纤拉曼散射增强；（2）石英光纤掺杂研究，实现原子层沉积（ALD）技术与改进化学气相沉积（MCVD）技术相结合的光纤预制棒制备新工艺；（3）拉曼散射增强石英光纤特性研究，理论分析和实验表征掺杂石英光纤的拉曼散射增强效果，以及掺杂材料和掺杂工艺对光纤性能的影响。经过四年的研究，实现了ALD 与MCVD 相结合制备材料掺杂特种光纤的新工艺，制备出了掺铌和铌铝共掺石英光纤预制棒及拉曼增强石英光纤样品，实验测得了光纤样品损耗和拉曼散射光谱，并通过与普通单模光纤的对比以及拉曼散射峰的分析，证实了采用ALD 与MCVD 结合工艺制备的掺铌和铌铝共掺石英光纤均具有明显的拉曼散射增强现象。在铌铝共掺光纤研究的基础之上，进一步对比研究了利用MCVD技术掺五氧化二铌、掺氯化铌的石英光纤的拉曼散射增强特性，以及利用ALD 与MCVD 结合工艺制备的掺铪和铪铝共掺石英光纤的拉曼散射增强特性。此外，还利用MCVD技术制备了掺镧、掺铕等不同掺杂材料的石英光纤，实验发现掺氟化铕石英光纤具有很强的荧光特性。项目共完成标注基金资助的学术论文25篇，其中SCI收录13篇，EI收录25篇，获得授权发明专利3项，申请发明专利13项，培养了博士研究生1名、硕士研究生6名，其中已获得学位毕业4名，积极参加了本领域的主流国际会议，与国内外同行进行了深入的学术交流与合作。. 本项目对光纤掺杂新工艺方法的研究是对特种石英光纤制备技术深入的探索与完善，制得的拉曼增强石英光纤在同样条件下具有比常规单模光纤更大的拉曼散射强度，对通信和传感领域的应用具有重要意义。