全氟化物玻璃光纖和微納復合玻璃的制備及性能研究
發(fā)布時間：2021-10-12 21:53
中紅外波段因覆蓋著大氣窗口區(qū)以及很多氣體分子的吸收譜線,故此波段的激光在軍用及民用等眾多領域都展現(xiàn)了重要的應用前景,發(fā)展并利用好中紅外激光對國防和經(jīng)濟的發(fā)展都有著至關重要的意義。基于此,中紅外激光材料的研究就顯得尤為重要,在所有的中紅外激光材料中,氟化物玻璃及其衍生材料光纖和微納復合玻璃由于有著低的聲子能量、高的稀土離子溶解度以及優(yōu)異的中紅外光譜性能,被認為是理想的中紅外激光增益介質(zhì)材料。然而,目前氟化物體系材料仍然存在著較差的穩(wěn)定性問題,需要進一步發(fā)展。本論文以此為研究背景,對氟化物玻璃、光纖及微納復合玻璃的制備及性能進行了系統(tǒng)的研究,具體工作和創(chuàng)新點如下:（1）系統(tǒng)研究了氟化物玻璃的改性劑以及除水劑中陰離子Cl-的引入對玻璃基質(zhì)的影響,其中基質(zhì)材料選用發(fā)展最為成熟的氟鋯玻璃。實驗發(fā)現(xiàn)不同含量Cl-的摻雜對氟鋯玻璃產(chǎn)生的影響是非線性的。在摻入1 mol%氯離子時,玻璃的熱穩(wěn)定性、熒光性能都會急劇的降低,ΔT由不摻雜的84℃降至69℃,1.5μm處熒光壽命由20.3 ms降至8.9 ms。然而,隨著氯離子的繼續(xù)摻入,玻璃的性能會逐漸的恢復。產(chǎn)...
【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：91 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
大氣透過光譜
上海大學碩士學位論文2在全球80多種類型的1500架飛機上安裝了大型飛機紅外對抗系統(tǒng)，可見紅外激光對抗系統(tǒng)在空中的作用之關鍵。綜上可見，中紅外激光無論是在民用還是在軍用領域都有著重要的應用潛力，為了滿足這些應用需求，制備高質(zhì)量的中紅外激光器來獲得穩(wěn)定且高功率的激光輸出是今后研究的主要方向。一代材料，一代器件，因此中紅外激光器用介質(zhì)材料的研究就顯得尤為重要。1.2中紅外激光介質(zhì)激光器主要由泵浦源，增益介質(zhì)以及諧振腔等三大主要部件組成，如圖1.2所示[4]。其中增益介質(zhì)是發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生激光的地方，是激光器中最核心的部件。目前來說，主要的中紅外激光介質(zhì)有中紅外玻璃及光纖、陶瓷、晶體以及具有較大發(fā)展?jié)摿Φ奈⒓{復合玻璃。由于陶瓷材料的復雜工藝和高的散射損耗，以及晶體材料的難于大尺寸制備和低的稀土離子溶解度等自身缺陷，這導致陶瓷和晶體在中紅外激光介質(zhì)領域發(fā)展受到一定的限制。圖1.2激光器主要結構示意圖其中重金屬氟化物玻璃材料具有低的聲子能量、高的中紅外波段透過率、高的稀土離子溶解度以及極低的理論損耗(10-3dB/km)，同時還擁有著遠優(yōu)于硫系玻璃的損傷閾值，是目前唯一獲得中紅外激光輸出的玻璃基質(zhì)材料，因此被認為是理想的中紅外激光增益介質(zhì)。盡管如此，氟化物玻璃的熱穩(wěn)定性、散射損耗以及
上海大學碩士學位論文4的工作來建立更詳細的解釋。ZBLAN由于其組分更加復雜，詳細的結構分析仍然比較困難。圖1.3ZrF4-BaF2二元體系玻璃結構氟鋯酸鹽玻璃聲子能量為579cm1，其傳輸波段可達4μm，氟鋯酸鹽光纖理論損耗最低可達10-3dB/km的數(shù)量級，如圖1.4所示。不幸的是由于氟化物玻璃光纖仍存在如易析晶、穩(wěn)定性差、制備條件嚴苛等很多瓶頸問題，導致目前商用光纖損耗高達50dB/km左右，低損耗氟鋯光纖仍少有報道，美國海軍研究所曾報道了經(jīng)過LiF改性的ZBLAN光纖在2.55μm處的損耗為1dB/km，可制備長度60m[10]，日本電報電話公司（NTT）報道了經(jīng)過NaF改性的ZrF4基光纖在2.6μm處損耗低至0.7dB/km，可制備長度30m[11]。圖1.4ZBLAN玻璃光纖理論損耗氟鋯酸鹽玻璃及光纖的激光特性在很早就開始了全面的研究，氟鋯酸鹽玻璃
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Power scaling on tellurite glass Raman fibre lasers for mid-infrared applications[J]. Tianfu Yao,Liangjin Huang,Pu Zhou,Bing Lei,Jinyong Leng,Jinbao Chen. High Power Laser Science and Engineering. 2018(02)
[2]Investigation of clustering effects on erbium-doped fiber laser performance[J]. Md.Ziaul Amin,Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2017(01)
[3]氟化鍶光學晶體的生長和性能[J]. 解學文. 人工晶體. 1981(01)
本文編號：3433369
【文章來源】：上海大學上海市 211工程院校
【文章頁數(shù)】：91 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
大氣透過光譜
上海大學碩士學位論文2在全球80多種類型的1500架飛機上安裝了大型飛機紅外對抗系統(tǒng)，可見紅外激光對抗系統(tǒng)在空中的作用之關鍵。綜上可見，中紅外激光無論是在民用還是在軍用領域都有著重要的應用潛力，為了滿足這些應用需求，制備高質(zhì)量的中紅外激光器來獲得穩(wěn)定且高功率的激光輸出是今后研究的主要方向。一代材料，一代器件，因此中紅外激光器用介質(zhì)材料的研究就顯得尤為重要。1.2中紅外激光介質(zhì)激光器主要由泵浦源，增益介質(zhì)以及諧振腔等三大主要部件組成，如圖1.2所示[4]。其中增益介質(zhì)是發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生激光的地方，是激光器中最核心的部件。目前來說，主要的中紅外激光介質(zhì)有中紅外玻璃及光纖、陶瓷、晶體以及具有較大發(fā)展?jié)摿Φ奈⒓{復合玻璃。由于陶瓷材料的復雜工藝和高的散射損耗，以及晶體材料的難于大尺寸制備和低的稀土離子溶解度等自身缺陷，這導致陶瓷和晶體在中紅外激光介質(zhì)領域發(fā)展受到一定的限制。圖1.2激光器主要結構示意圖其中重金屬氟化物玻璃材料具有低的聲子能量、高的中紅外波段透過率、高的稀土離子溶解度以及極低的理論損耗(10-3dB/km)，同時還擁有著遠優(yōu)于硫系玻璃的損傷閾值，是目前唯一獲得中紅外激光輸出的玻璃基質(zhì)材料，因此被認為是理想的中紅外激光增益介質(zhì)。盡管如此，氟化物玻璃的熱穩(wěn)定性、散射損耗以及
上海大學碩士學位論文4的工作來建立更詳細的解釋。ZBLAN由于其組分更加復雜，詳細的結構分析仍然比較困難。圖1.3ZrF4-BaF2二元體系玻璃結構氟鋯酸鹽玻璃聲子能量為579cm1，其傳輸波段可達4μm，氟鋯酸鹽光纖理論損耗最低可達10-3dB/km的數(shù)量級，如圖1.4所示。不幸的是由于氟化物玻璃光纖仍存在如易析晶、穩(wěn)定性差、制備條件嚴苛等很多瓶頸問題，導致目前商用光纖損耗高達50dB/km左右，低損耗氟鋯光纖仍少有報道，美國海軍研究所曾報道了經(jīng)過LiF改性的ZBLAN光纖在2.55μm處的損耗為1dB/km，可制備長度60m[10]，日本電報電話公司（NTT）報道了經(jīng)過NaF改性的ZrF4基光纖在2.6μm處損耗低至0.7dB/km，可制備長度30m[11]。圖1.4ZBLAN玻璃光纖理論損耗氟鋯酸鹽玻璃及光纖的激光特性在很早就開始了全面的研究，氟鋯酸鹽玻璃
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Power scaling on tellurite glass Raman fibre lasers for mid-infrared applications[J]. Tianfu Yao,Liangjin Huang,Pu Zhou,Bing Lei,Jinyong Leng,Jinbao Chen. High Power Laser Science and Engineering. 2018(02)
[2]Investigation of clustering effects on erbium-doped fiber laser performance[J]. Md.Ziaul Amin,Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2017(01)
[3]氟化鍶光學晶體的生長和性能[J]. 解學文. 人工晶體. 1981(01)
本文編號：3433369
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