氟化物光纖

氟化物光纖是以氟化物玻璃為材料製作的光纖，主要工作在2-10μm波長的光傳輸業務。和硫系玻璃光纖比較，氟化物光纖具有較高的摻雜濃度和強度，以及高穩定和低背景損耗。

基本介紹

• 中文名：氟化物光纖
• 外文名：Fluoride Fiber
• 材質：氟化物玻璃
• 別名：氟化鋁

概述

氟化物（ZBLAN）玻璃中的氟化物離子單電荷和粘結強度低於石英玻璃。離子粘結強度越低導致較高的紅外透明和較高的化學反應。ZBLAN玻璃的單峰紅外邊緣比石英玻璃的更長，但是穩定性和堅固性比石英玻璃差。這表明氟化物玻璃較脆需要特殊的塗層來改善強度。

用於光纖製造的光學玻璃應該是背景損耗越低越好，由於光纖長度相對較長。光學玻璃中的光傳播損耗有內部和外部。內部有帶隙吸收，瑞利散射，多光子吸收，帶隙吸收和瑞利散射只在短波長，降低內損害能夠獲得通過轉移多光子紅外邊緣到長波長。ZBLAN光纖的背景損耗高，由於在光纖製造過程中，外部散射和吸收相對來說難於控制。到目前為止，商業化的ZBLAN光纖的背景損耗小於50dB/km在0.5-3.5μm。

氟化物光纖是採用氟化物玻璃製作的光纖，例如，氟鋁酸鹽玻璃或者氟鋯酸鹽玻璃。這種玻璃中的陽離子通常為重金屬，例如鋯或者鉛。氟鋯酸鹽玻璃（主要成分為ZrF₄）是一個典型的例子，而其中最常見的為ZBLAN玻璃（ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF）。這種光纖可以摻雜很多稀土離子用於光纖雷射器和放大器中。

氟化物光纖特點

1.氟化物光纖在中紅外波長處具有很高的透明度，常見的石英玻璃在大於約2μm後會吸收光。

2.氟化物玻璃種的稀土摻雜離子作為宿主介質會降低多光子躍遷引起的淬滅過程的發生幾率。因此，與石英光纖相比，很多電子能級的亞穩態壽命提高很多，可以實現雷射產生。

3.與其它中紅外透射的光纖相比，氟化物光纖的折射率相對較低，並且色散也很小。

氟化物光纖分類

按傳輸模式劃分

氟化物光纖按傳輸模式分為單模和多模兩種，單模氟化物光纖因其非線性特性顯著，多用於超連續譜光源的製作，目前採用此方案製作的商用化超連續譜白光光源波長已拓展至4000nm；多模氟化物光纖纖芯尺寸可以做到450微米甚至更高，便於中紅外雷射的柔性能量傳輸。

按包層結構劃分

按照包層結構分，可分為單包層結構，雙包層結構等；一般在其纖芯摻雜不同重金屬元素，做為雷射增益介質，為了抑制雙包層光纖中螺旋光的產生，對光纖包層幾何結構做過諸多嘗試，D形、矩形、八邊形、六邊形等多種結構出現。常見的摻雜元素為Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb等多種，常見發射波長如圖1.

圖1

氟化物光纖的套用

最初構想的氟化物光纖的套用是在光纖通信中，因為中紅外光纖的損耗比石英光纖小，後者只有在約2微米時是透明的。但是，實際中可以與石英光纖比擬的低損耗並沒有實現，並且氟化物光纖很脆和高成本也阻止了其商業化套用於這一領域。後來，將氟化物光纖套用到了其它的方面。第一種情況就是利用氟化物玻璃的中紅外透明性，例如中紅外光譜學，光纖感測器，溫度測量和成像。另外，氟化物光纖可以傳輸Er:YAG雷射器發出的2900nm的光，這在一些醫學領域需要用到，例如眼科和牙科。在該領域也可以使用氧化物光纖，尤其是鍺酸鹽玻璃，通常也包含重金屬。

另外，氟化物玻璃中多光子躍遷受到強烈抑制的性質對於實現各種光纖雷射器和放大器也非常重要，尤其是各種稀土摻雜的上能態壽命足夠長因此能夠實現各種雷射器躍遷，例如上轉換雷射器。例如，摻釷氟化物光纖可以用於藍光上轉換雷射器中，摻鉺氟化物光纖用於綠光上轉換雷射器。摻鐠氟化物光纖可用於1300nm放大器和可見光光纖雷射器中產生紅光、橙光、綠光或者藍光輻射。摻鉺氟化物玻璃可以實現3μm光纖雷射器，以及相比於摻鉺光纖放大器（EDFAs）具有更寬和平坦增益的1500nm放大器。也可以將石英和氟化物光纖結合一起使用。

氟化物光纖的問題在於它很貴，並且由於其很脆很難操作（不能彎曲等），化學穩定性也有限。通常它們是吸濕的。