【摘要】：稀土摻雜光纖激光器在工業(yè)、科研和國防等領(lǐng)域具有廣泛的用途,因而受到國內(nèi)外的高度重視。稀土摻雜光纖是光纖激光器的最核心的組成部分,它的基質(zhì)材料有很多,主要包括晶體、磷酸鹽玻璃、氟化物玻璃、碲酸鹽玻璃、石英玻璃、透明陶瓷等,其中石英玻璃由于具有優(yōu)異的機械強度、物化穩(wěn)定性和損耗低等特點,在制備稀土摻雜光纖方面有顯著優(yōu)勢。然而目前采用改進的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)制備的稀土摻雜石英光纖具有稀土離子摻雜濃度不高,摻雜均勻性難以控制,纖芯較小等缺點,無法滿足高濃度摻雜大芯徑石英光纖對芯棒的要求�；阝c硼硅玻璃分相技術(shù)制備的納米多孔玻璃具有孔徑分布均勻,且比表面積大,可容納大量的摻雜離子,實現(xiàn)稀土摻雜離子在芯棒中的均勻分布和高濃度摻雜,并且芯棒尺寸不受工藝限制,是一種制備高濃度摻雜大芯徑石英光纖的理想材料。本文旨在利用鈉硼硅玻璃分相技術(shù)制備的多孔玻璃作為稀土離子載體,優(yōu)化玻璃成分,制備工藝和摻雜離子光譜性能。選擇優(yōu)化后的高質(zhì)量摻雜石英玻璃棒作芯棒,制成預(yù)制棒拉制光纖,測試和評價光纖的光學(xué)性能。本論文主要包括以下三個方面:文獻綜述、多孔玻璃芯棒制備流程和實驗理論基礎(chǔ)、鈉硼硅玻璃分相技術(shù)制備稀土(Tm~(3+)、Yb~(3+)、Er~(3+))摻雜石英玻璃和光纖以及分析和討論。論文第一章首先闡述了稀土離子發(fā)光玻璃特點;隨后對有源光纖和雙包層光纖的性能進行了歸納總結(jié);最后介紹了納米多孔玻璃的性質(zhì)、應(yīng)用和發(fā)展歷程和前景。在論文的第二部分對多孔玻璃的制備工藝進行了詳細的介紹,包括優(yōu)化組分、分相、酸浸析、除OH和雜質(zhì)、溶液摻雜和燒結(jié)工藝等;敘述了本文中涉及到的物理和光學(xué)性能測試及相關(guān)光學(xué)參數(shù)的理論計算。在摻Tm~(3+)石英玻璃和光纖方面,詳細介紹了除OH工藝和OH含量對Tm~(3+)光學(xué)性能的影響。研究了Tm~(3+)摻雜石英玻璃的光譜性能,計算了Tm~(3+)在石英玻璃中的J-O強度參數(shù)、受激發(fā)射截面和增益譜。拉制了Tm~(3+)摻雜的35/400μm雙包層的光纖,實現(xiàn)了Tm~(3+)離子的高濃度摻雜和均勻性,在光纖中觀察到一個微弱光斑。隨后拉制了Yb~(3+)摻雜的80/400μm雙包層石英光纖,在光纖中獲得了1074nm的激光,斜率效率達到64.5%。制備了Er~(3+)/P~(5+)/Al~(3+)共摻的石英玻璃,研究了P~(5+)和Al~(3+)對摻Er~(3+)石英玻璃光譜性能的影響,在1535nm處的半高寬達到了74nm。最后研究了Yb~(3+)/Tm~(3+)共摻玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光,基于鈉硼硅玻璃分相技術(shù)制備了Yb~(3+)/Tm~(3+)共摻的石英光纖,觀察到了強烈的位于474nm的上轉(zhuǎn)換藍光,為藍光激光器的發(fā)展提供了新的思路。
【圖文】：

石英晶體、石英玻璃與硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)

圖 1-2 雙包層光纖在光纖中的傳輸過程如圖 1-3 所示。泵浦光被泵浦到內(nèi)包層響，，泵浦光來回穿過內(nèi)包層和纖芯。在此過程中泵浦光被纖芯高了激光輸出功率。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248;TQ171.731

【參考文獻】

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本文編號：2657716