相較于其它稀土摻雜光纖,摻鐿光纖擁有很寬的吸收、發(fā)射截面,且量子轉(zhuǎn)換效率高,將雙包層結(jié)構(gòu)的摻鐿光纖作為光纖激光器的增益介質(zhì),可使激光器的輸出功率或脈沖能量得到顯著提高,在高功率激光器領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,近20年來(lái)更是取得了迅速的發(fā)展。在本論文中,主要概述了高摻鐿雙包層光纖的優(yōu)點(diǎn)、工作原理及近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r,并成功制備了高摻鐿雙包層磷酸鹽光纖和摻鐿磷酸鹽保偏光纖,具體的研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下:一、研究了磷酸鹽玻璃稀土離子高濃度均勻摻雜技術(shù),提高了磷酸鹽芯玻璃的稀土離子摻雜濃度,其中Yb³⁺離子摻雜濃度大于5 wt%。二、研究與解決了磷酸鹽玻璃除水難題。分析了磷酸鹽玻璃熔制過(guò)程中羥基（OH^-）含量對(duì)磷酸鹽玻璃光學(xué)性能的影響,通過(guò)研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程和設(shè)計(jì)除水方案,改進(jìn)了熔制磷酸鹽玻璃時(shí)的除水工藝。采用反應(yīng)氣氛法作為除水方案,實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)大塊磷酸鹽玻璃的熔制,其OH^-基在2880 cm^-1處的吸收系數(shù)小于1 cm^-1。三、研究了磷酸鹽玻璃光纖拉絲技術(shù)�；诠饫w波導(dǎo)理論,... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Yb3+能級(jí)結(jié)構(gòu)，左為基本結(jié)構(gòu)，右為精細(xì)結(jié)構(gòu)

圖 2-2 不同基質(zhì)摻雜光纖中鐿離子的吸收和發(fā)射截面。（a）石英基質(zhì)光纖，（b）磷酸鹽基質(zhì)光纖[57]Fig.2-2 Absorption and emission cross sections of the Yb3+ions in different host materials. (a)silicon glass fiber, (b) phosphate glass fiber[57]鐿離子多個(gè)子能級(jí)的結(jié)構(gòu)，讓鐿離子的能級(jí)在常溫時(shí)無(wú)法同時(shí)發(fā)生躍遷，且當(dāng)鐿離子摻入不同基質(zhì)的玻璃時(shí)，能級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生輕微的改變。如摻入磷酸鹽基質(zhì)時(shí)，2F5/2和2F7/2兩個(gè)能級(jí)的 Stark 分裂值為 553，780 cm-1；而摻入硅酸鹽基質(zhì)時(shí)，兩個(gè)能級(jí)的 Stark分裂值為 638，900 cm-1[57]。因此鐿離子在不同基質(zhì)中的吸收、發(fā)射光譜不盡相同。如圖 2-2，在硅酸鹽基質(zhì)中，915 nm 和 975 nm 是鐿離子的 2 個(gè)主要吸收峰，975 nm 處的吸收峰遠(yuǎn)大于 915 nm 處的吸收峰，但 915 nm 處的吸收譜較前者更寬，且鐿離子的發(fā)射峰分別為 975 nm 和 1036 nm；而在磷酸鹽基質(zhì)中，鐿離子的主要吸收峰為 925 nm 和 975nm，發(fā)射峰分別為 975 nm 和 1015 nm，是激光器的常用波段。因?yàn)殍O離子特殊的能級(jí)結(jié)構(gòu)，即使在基質(zhì)中高濃度摻雜也不會(huì)引起濃度猝滅現(xiàn)象，

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文磷酸鹽具有很強(qiáng)的吸水性，普通的磷酸鹽玻璃暴露于空氣中很容易發(fā)生潮解。在玻璃熔融的過(guò)程中雖然已經(jīng)通過(guò)高溫蒸發(fā)去除了絕大部分的水，但在玻璃的結(jié)構(gòu)中，還會(huì)有部分水以羥基（OH-）的形式殘留于玻璃結(jié)構(gòu)中。在近中紅外波段，羥基會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收效應(yīng)，與玻璃中摻雜的鐿離子相互影響，因?yàn)榱u基的基本震動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于鐿離子輕微的聲子震動(dòng)就會(huì)致使鐿離子發(fā)生非輻射躍遷，使激光玻璃的性能嚴(yán)重下降[59]。同時(shí)玻璃中殘留的羥基，還會(huì)使磷酸鹽玻璃中存在數(shù)量龐大的非橋氧，導(dǎo)致玻璃的結(jié)構(gòu)變得松散，引起一系列不利的變化，如密度降低，物化性能變差等。為了減少玻璃中的羥基含量，需要在玻璃熔制過(guò)程中加入除水工藝，常見的方法有RAP 反應(yīng)氣氛法，通入純氧法和高溫?zé)崽幚淼取?


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