信息化的飛速發(fā)展以及新型光學器件的出現(xiàn),對光纖以及光纖器件性能提出了更高要求。比如,高功率激光系統(tǒng)要求光纖結(jié)構(gòu)利于提升泵浦效率、降低光纖輻照損傷;相干光通信要求光纖具有保偏性能;而調(diào)制器、光開關(guān)和變頻器等光學器件又要求光纖具有較高的非線性光學效應(yīng)。傳統(tǒng)的單包層光纖已不能滿足這些需求。為滿足這些需求,本課題研制了三種新型微結(jié)構(gòu)磷酸鹽玻璃光纖。取得結(jié)果如下:(1)首先探索了鉺鐿共摻磷酸鹽雙包層光纖的制備過程。研究了鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃的發(fā)光性能,確定了Er_2O_3和Yb_2O_3的最佳摻雜量分別為1 mol%和2 mol%。然后通過纖芯大塊玻璃的熔制以及冷加工,最后在拉絲塔上拉制出直徑1.4-1.6 mm的纖芯棒,其Er~(3+)離子摻雜濃度達到1.184×10~(20) cm~(-3),Yb~(3+)離子摻雜濃度達到2.368×10~(20) cm~(-3)。(2)研究了不同含量的BaO以及氟化物對磷酸鹽玻璃物理化學和熱學性能的影響。結(jié)果表明,隨著玻璃中BaO含量的增加,玻璃的密度、強度、折射率、T_g、T_f等性能逐漸增大,玻璃熱膨脹系數(shù)降低,玻璃機械性能和熱性能得到改善,玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加強。而在磷酸鹽玻璃中添加氟化物(KF、CaF_2、BaF_2),由于F~-離子對玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弱化作用,玻璃結(jié)構(gòu)變得松散,玻璃機械性能及化學穩(wěn)定性都變差,不適用于光纖的制備。最后優(yōu)化了磷酸鹽玻璃的物理化學性能和熱性能,并確定了光纖內(nèi)外包層的配方,分別為56.7P_2O_5-10.5K_2O-4Al_2O_3-4.2La_2O_3-22.6BaO和64.5P_2O_5-13K_2O-12CaO-2.5Al_2O_3-8B_2O_3。(3)優(yōu)化了大塊磷酸鹽玻璃熔制工藝,包括熔融、通氣、除水等,制備了無氣泡、無條紋、均勻度較好和羥基含量低(1.16×10~(19) cm~(-3))的激光大塊玻璃。采用管棒法制備了雙包層光纖預制棒,并在拉絲塔上拉制了鉺鐿共摻磷酸鹽雙包層光纖,其纖芯直徑是78-81μm,NA為0.053,內(nèi)包層277-282μm,NA為0.356,外包層1483-1518μm。測試得到雙包層光纖在1310 nm處的損耗為7.15 dB/m,對976 nm泵浦光的吸收系數(shù)可達253.9 dB/m。測試磷酸鹽雙包層光纖激光性能,可以看到光纖在1.5μm處具有Er~(3+)離子的放大自發(fā)輻射,其強度隨著使用雙包層光纖的長度先增強后減弱,長度為7.5 cm時強度最強。(4)探索了鉺鐿共摻保偏光纖制備過程。設(shè)計了保偏光纖預制棒的尺寸和結(jié)構(gòu),并通過管棒法加工了保偏光纖預制棒,在拉絲塔上拉制了鉺鐿共摻磷酸鹽保偏光纖。(5)探索了非線性光纖的制備。采用溶膠-凝膠法和靜電噴霧法相結(jié)合的方法制備了Ba_2TiSi_2O_8納米顆粒。Ba_2TiSi_2O_8顆粒整體呈圓球形,分散性好,具有高結(jié)晶度和空心的結(jié)構(gòu)。通過1064 nm的皮秒激光器的激發(fā),測得Ba_2TiSi_2O_8顆粒具有倍頻效應(yīng)。后續(xù),Ba_2TiSi_2O_8顆粒將被摻雜在磷酸鹽玻璃中制備非線性光纖。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

具有較大的折射率調(diào)節(jié)范圍。所以，磷酸鹽玻璃是優(yōu)良的激光基質(zhì)材料[9][12]。因文選擇磷酸鹽作為光纖基質(zhì)制備微結(jié)構(gòu)光纖。 鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖的概述1.5-1.6 μm 波段的激光具有非常優(yōu)異的特點[13-[15]。首先，此波長的激光處于石信的低損耗窗口，在商用光纖中傳輸損耗低；此外，1.5-1.6 μm 激光處于人眼段范圍，此波長激光的能量會被眼睛玻璃體液中的水分吸收，從而無法到達視對人眼造成傷害；同時，該波長處于 1.5-1.8 μm 的大氣傳輸窗口，對大氣穿透十分適用于傳輸測距。優(yōu)異的特性使得 1.5-1.6 μm 波段激光廣泛應(yīng)用于光通信、全光學開關(guān)、激光測距等領(lǐng)域。而目前實現(xiàn) 1.5-16 μm 激光運轉(zhuǎn)的設(shè)備主要激光器、固體激光器以及摻鉺光纖激光器。相比于其他激光器，光纖激光器擁勢，從而吸引無數(shù)人對它進行科學研究并將其商業(yè)化[16][20]。

這些無與倫比的特性使得光纖激光器在科學研究、工業(yè)重要的應(yīng)用[21]。，為了適應(yīng)電信設(shè)備、醫(yī)療器械等的集成化要求，摻鉺玻璃光纖高的輸出功率以及更緊湊的結(jié)構(gòu)[22][24]。然而，當光纖應(yīng)用于高存在著明顯的非線性效應(yīng)，如受激布里淵散射（SBS）等，限制目前常用的減少光纖中非線性效應(yīng)的方式包括：增大光纖纖芯直度。這就要求光纖要具有較大的纖芯直徑，同時具有較高的單璃對 Er3+離子具有較高的溶解度，可以提高 Er3+離子在玻璃中璃光纖的高增益。但是，當摻雜濃度過高時，稀土離子間會發(fā)纖的光學性能。和 Yb3+離子間的相互作用

第一章 緒論在4I13/2能級的壽命較長，而隨著泵浦光的不斷照射，4I13/2能級上的粒子數(shù)不斷形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。之后，Er3+離子通過自發(fā)輻射發(fā)射出 1.5-1.6 μm 波段的光，端加上正反饋回路，構(gòu)成諧振腔，就形成了 1.5-1.6 μm 激光振蕩輸出。對于 最好的泵浦光波長是 980 nm。當稀土離子摻雜于玻璃基質(zhì)中時，稀土離子之間會發(fā)生相互作用，一般分為能敏化作用，這兩種方式對稀土離子各能級的壽命以及發(fā)光特性有著不同的影響

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本文編號：2831710