超連續(xù)譜具有輸出光譜寬、亮度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),近年來由于其在光譜學(xué),光學(xué)相干層析和光學(xué)測(cè)量等多個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而成為熱門話題。為了實(shí)現(xiàn)光譜展寬并產(chǎn)生新的頻率分量,需要一種具有高非線性,低線性和非線性損耗的材料。碲酸鹽玻璃具有寬的紅外透射窗、高非線性系數(shù)和超快的光學(xué)響應(yīng)時(shí)間,這些優(yōu)異的光學(xué)性能其成為中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生的理想選擇。本文通過調(diào)研目前常用于產(chǎn)生超連續(xù)的材料,設(shè)計(jì)了碲酸鹽玻璃組分,并將其成功制備。對(duì)碲酸鹽材料進(jìn)行了一系列的測(cè)試,同時(shí)完成了碲酸鹽光纖的超連續(xù)研究。具體工作如下:1、研究碲酸鹽玻璃的組分設(shè)計(jì)和制備工藝,制備三種組分的碲酸鹽玻璃材料,并對(duì)制備出樣品的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)得樣品透射光譜平坦,三種樣品的透過率都超過了80%,所測(cè)玻璃樣品的透射光譜中均沒有明顯的氧化物雜質(zhì)吸收峰。以制備出的碲酸鹽玻璃為材料搭建光路進(jìn)行超連續(xù)實(shí)驗(yàn),得到碲酸鹽玻璃材料的超連續(xù)展寬情況,為下一步利用碲酸鹽玻璃光纖進(jìn)行超連續(xù)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。2、研究碲酸鹽玻璃的三階非線性。對(duì)三階非線性測(cè)試的基本理論進(jìn)行研究,進(jìn)而搭建實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行三階非線性測(cè)試,實(shí)驗(yàn)得到碲酸鹽玻璃樣品的三階非線性折射率n_2約為5.9×10~(-19)m~2∕W,非線性吸收系數(shù)β=1×10~(-11)m/W。對(duì)材料非線性系數(shù)的研究是玻璃材料進(jìn)行超連續(xù)實(shí)驗(yàn)十分重要的一環(huán),為后續(xù)超連續(xù)實(shí)驗(yàn)夯實(shí)基礎(chǔ)。3、通過COMSOL Multiphysics軟件對(duì)碲酸鹽玻璃光纖進(jìn)行超連續(xù)譜仿真。通過波導(dǎo)設(shè)計(jì)得到單模光纖的模場(chǎng)分布圖,通過改變一定的參數(shù),如泵浦光源的峰值功率和脈沖寬度、光纖的長(zhǎng)度等,得到改變參數(shù)與超連續(xù)譜之間的關(guān)系。將實(shí)驗(yàn)中獲得的碲酸鹽玻璃拉制為光纖,得到纖芯直徑為190μm-360μm的光纖,并對(duì)光纖端面進(jìn)行處理,為碲酸鹽光纖進(jìn)行超連續(xù)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。
【學(xué)位單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文 第型光纖，由于其制備工藝簡(jiǎn)單成熟，仍被諸多科研人員研究。2014 年制備出纖芯為 As2Se3玻璃的階躍型硫系光纖[8]，采用工作波長(zhǎng)分別為寬度為 100fs、峰值功率為 2.29MW、頻率為 1KHZ 的激光器抽運(yùn) 85m了強(qiáng)度動(dòng)態(tài)范圍為±40dB、波長(zhǎng)范圍為 1.5-11.7μm、1.4-13.3μm 的 。

圖 1.1 不同波長(zhǎng)抽運(yùn)條件下的 As2Se3光纖 SC 輸出（a）4.5μm;（b）6.3μm通過改變普通光纖的直徑，微結(jié)構(gòu)光纖的光纖結(jié)構(gòu)（包括空纖芯直徑等）來調(diào)節(jié)光纖的色散和非線性系數(shù)，同時(shí)由于光纖光密度增強(qiáng)，使得超連續(xù)譜的轉(zhuǎn)換效率和非線性效應(yīng)都會(huì)增和包層直徑分別為 103μm 和 207μm 的 As2Se3光纖[10]，通過μm。輸入脈沖的工作波長(zhǎng)為 3.4μm、脈寬為 100fs、峰值功率.5～4.8μm 的 SC 輸出，如圖 1.2 所示。

獲得了平均功率為 1.56mW、覆蓋 1.7-7.5μm 波段的 SC 輸出，如上圖1.3 所示。圖 1.3 (a) 掃描電子顯微鏡圖；(b) 纖芯放大圖；(c) 4.4μm 激光抽運(yùn)產(chǎn)生的 SC 輸出碲酸鹽材料的超連續(xù)譜研究材料的高非線性系數(shù)，是其用于產(chǎn)生超連續(xù)譜的重要條件之一。對(duì)石英玻璃進(jìn)行超連續(xù)譜研究來說主要有以下兩個(gè)瓶頸：首先，石英玻璃的非線性折射率為 2.2×10-20m2/W，想要對(duì)其進(jìn)行大幅度的提高很難實(shí)現(xiàn)。其次，傳統(tǒng)的石英玻璃在中紅外波段吸收很強(qiáng)。這兩個(gè)致命弱點(diǎn)限制了傳統(tǒng)石英玻璃在超連續(xù)譜上的進(jìn)一步發(fā)展。近年來，由非石英玻璃或者加入一些金屬元素制備的軟玻璃光纖，打破了傳統(tǒng)石英玻璃在中紅外波段的強(qiáng)吸收這一局限，其非線性折射率系數(shù)相較于傳統(tǒng)石英玻璃也有大幅度的提高，因此利用非石英玻璃來產(chǎn)生超連續(xù)譜成為近些年超連續(xù)研究的熱點(diǎn)[12]。表 1.1 列舉了各種非石英玻璃的一些參數(shù)。由表中數(shù)據(jù)可以看出，軟玻璃的非線性折射率很高，非常適合用于產(chǎn)生超連續(xù)譜。與其他玻璃的非線性折射率相比，硫系玻璃優(yōu)勢(shì)明顯，但是其損傷閾值相對(duì)較低，對(duì)于用于產(chǎn)生超連續(xù)的激光器的峰值功率與平均功率的要求更高。氟化物玻璃的研究和制備工藝已經(jīng)十分成熟，其光纖的損傷閾值高即能承受的泵浦功率相應(yīng)比較大，這對(duì)于產(chǎn)生超連續(xù)譜來說，意味著得到的超連續(xù)譜功率更高、光譜展寬也更寬，但最大的問題是它的化學(xué)穩(wěn)定性不強(qiáng)，不利于我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)制備。與氟化物玻璃非線性折射率相比，碲酸鹽玻璃高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)，且化學(xué)穩(wěn)定性更好在制備等方面相對(duì)比較容易。與硫
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