玻璃包覆之晶體光纖寬頻光源

Glass-clad crystal fibers based broadband light sources

許光裕(Kuang-Yu Hsu)

指導教授 ： 黃升龍

國立臺灣大學/電機資訊學院/光電工程學研究所/博士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.01094

摘要

無坩鍋製程之雷射加熱基座長晶法具有低污染之優點，是適合用來生長高品質單晶晶體光纖的良好方法；使用共抽絲雷射加熱基座長晶法，單纖衣與雙纖衣晶體光纖皆可以成功地被生長。
光學同調斷層掃描術是一種新式技術，具有取得活體生物組織之三維斷層影像的功能，也可以應用到各種微元件之三維結構掃描，在光學同調斷層掃描系統中使用連續波寬頻光源，其優點包含有:因寬光譜頻寬而達成的良好縱向解析度、因近似高斯波形的光譜形狀而達成的縱向影像畫素間之低串音、以及因低量測功率而得以應用在人體組織的活體量測。
我們成功的生長出摻鉻釔鋁石榴石雙纖衣晶體光纖，用以產生中心波長位於1380奈米之寬頻輸出光，由於其長波長不在半導體材料的吸收波段之內，可以用來檢測以半導體材料製作的為結構元件，為了提升光學同調斷層掃描系統的信雜比，我們使用了雙向激發雙程架構用以提升摻鉻釔鋁石榴石雙纖衣晶體光纖寬頻光源的輸出功率至3.15 mW，由於輸出頻寬為222奈米，縱向解析度達3.6微米，其縱向影像畫素間之串音，對相鄰畫素為-24.7 dB，對第二與第三非相鄰畫素各為-37.2 dB及-32.9 dB。
由於摻鈦藍寶石之螢光中心波長位於760奈米，故適合用來作為檢驗各種生物組織的光源，可以達到較大的穿透深度，在摻鈦藍寶石單晶晶體光纖的生長過程中，三價鈦離子受氧化變成四價鈦離子，為了有效提升發光效率與降低紅外光波段的殘留吸收，我們使用了爐管退火與雷射退火兩種製程皆可還原三價鈦離子，但使用爐管退火製程之晶纖其發光效率可為雷射退火製程的十倍。使用446奈米半導體雷射為激發光源，摻鈦藍寶石單纖衣晶體光纖可以產生功率達2.45 mW之寬頻輸出光，由於光譜頻寬達180奈米，實驗量測到的縱向解析度為1.5微米，縱向影像畫素間之串音，對正負一階相鄰畫素為-23.7 dB，對正負二階與正負三階非相鄰畫素各為-42.7 dB及-49.5 dB；使用532奈米固態雷射為激發光源，最大輸出功率可達15.6 mW。
單模晶體光纖可以用來改善晶體光纖光源之輸出光束品質，使用側鍍TiO2方式製作摻鉻釔鋁石榴石雙纖衣晶體光纖，與使用SF57HHT高折射率玻璃作為纖衣材料製作摻鉻釔鋁石榴石單纖衣晶體光纖，皆可以降低晶纖的數值孔徑，然而這兩種晶纖仍然是多模態；利用增益導波折射率反導波機制作為設計原理，大纖心直徑光纖仍可以達成單一橫向模態，我們提出使用N-LAF34高折射率玻璃作為纖衣材料製作增益導波折射率反導波摻鈦藍寶石單纖衣晶體光纖之設計。

關鍵字

晶體光纖 ； 摻鉻釔鋁石榴石 ； 鈦藍寶石 ； 寬頻光源 ； 光學同調斷層掃描術

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Crystal Fiber ； Cr4+:YAG ； Ti:Al2O3 ； Broadband Light Source ； OCT

參考文獻

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