纳米晶-玻璃复合光纤及其它功能优化

除用于光放大和光纤激光的纳米晶－玻璃复合光纤外，许多研究者还对其它功能纳米晶－玻璃复合光纤展开了研究，探索其在光电探测、非线性光学和磁光等领域的应用。Henderson等采用管棒法制备了金纳米颗粒－碲酸盐玻璃复合光纤，金纳米颗粒尺寸分布在4050 nm之间，该复合光纤具有单光子发射功能，有望用于量子光源等领域［104］。Ruan等结合挤压法和管棒法制备了金纳米颗粒－碲酸盐玻璃复合光纤，系统研究了不同熔制条件对光纤传输性能和金纳米颗粒数量及尺寸的影响。研究发现当使用石英坩埚在较低温度下熔制时，可将光纤传输损耗降低至10 dB/m。对于掺（1220）×10－6含量的金纳米复合玻璃样品，金纳米颗粒的保存率为1%6%，可用于制备单光子和光电探测光纤，结果如图2－31所示［40］。

图2－31　金纳米颗粒掺杂碲酸盐玻璃复合光纤［40］

（a）金纳米颗粒掺杂和未掺杂碲酸盐玻璃光纤的光学衰减光谱；（b）金纳米颗粒掺杂碲酸盐玻璃复合光纤中氮空位发光体的二阶自相关函数；（c）（d）分别为金纳米颗粒粉末、金纳米颗粒掺杂碲酸盐玻璃复合光纤以及金纳米粒子掺杂玻璃的共聚焦显微镜图和荧光光谱图

2017年，Fang等利用纤芯熔融拉丝法和热处理技术制备了Ba2 TiSi2 O8纳米晶－玻璃复合光纤，如图2－32所示［105］。所制备的光纤纤芯直径为8.5μm，包层直径为125.1μm，具有完整的芯－包结构，没有观察到明显的元素扩散现象。采用1030 nm飞秒激光泵浦，在热处理前玻璃光纤中没有探测到光学信号；而在微晶玻璃－玻璃复合光纤中探测到发光中心位于515 nm的荧光发射，光纤呈现明亮的绿色。这种光纤有望用于非线性光学频率转换等领域。

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图2－32　Ba2 TiSi2O8纳米晶－玻璃复合光纤［105］

（a）热处理前光纤端面的显微照片；（b）（d）分别为Si、Ba、Ti三种元素的EPMA照片；（e）热处理前玻璃－玻璃复合光纤和热处理后微晶玻璃－玻璃复合光纤分别在1030 nm飞秒激光泵浦下的发射光谱（插图中是微晶玻璃－玻璃复合光纤在飞秒激光泵浦下的光学照片）

随后，Ju等利用改进的化学气相沉积法制备了具有磁光特性的Gd2O3纳米晶－玻璃复合光纤，光纤纤芯直径为7.3μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.0683。它们将650 nm激光耦合到70 cm复合光纤中，并在周围施加磁场，研究了法拉第旋转角和偏振态与磁场强度及温度变化的关系，如图2－33所示。在室温下，随着磁场强度的增加，法拉第旋转角线性增加，偏振态与庞加莱球的偏振态几乎重叠，当磁场强度为0.142 T时，法拉第旋转角为18.13°［106］。

图2－33　Gd2 O3纳米晶－玻璃复合光纤法拉第旋转角与温度和磁场强度的关系及其偏振态变化［106］

（a）测试的法拉第旋转角与温度和磁场强度关系的实验装置图；（b）法拉第旋转角与磁场强度变化关系图；（c）复合光纤偏振态变化图