本文選題：微晶玻璃 + 光纖��； 參考：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：伴隨著激光器的發(fā)明,太陽(yáng)光泵浦激光隨之出現(xiàn),以期待利用太陽(yáng)能,緩解能源危機(jī)。由于光纖激光器具有體積小、光束質(zhì)量好等眾多優(yōu)點(diǎn),太陽(yáng)光泵浦光纖激光器逐漸成為研究熱點(diǎn)。在過(guò)去的一些研究中,光纖激光器的增益介質(zhì)大多是稀土離子摻雜玻璃。玻璃中晶體場(chǎng)較弱,非輻射躍遷幾率大,當(dāng)摻入稀土離子時(shí),大多呈現(xiàn)窄帶的吸收峰,因而光纖對(duì)太陽(yáng)光的轉(zhuǎn)換效率很低。微晶玻璃既具有玻璃的高透光特性又具有晶體的強(qiáng)晶體場(chǎng)特性,可加工性好。在微晶玻璃的晶體場(chǎng)作用下,激活離子發(fā)光增強(qiáng),而且還可以通過(guò)晶體場(chǎng)調(diào)控,實(shí)現(xiàn)激活離子對(duì)太陽(yáng)光的寬帶吸收,以增大對(duì)太陽(yáng)能的利用效率。因此,微晶玻璃光纖在制備高效率的太陽(yáng)光泵浦激光器方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文首先旨在制備透明的微晶玻璃,以實(shí)現(xiàn)從可見(jiàn)太陽(yáng)光向近紅外發(fā)光的光譜轉(zhuǎn)換。其次,制備出微晶玻璃光纖,以實(shí)現(xiàn)光纖中對(duì)太陽(yáng)光的光譜轉(zhuǎn)換,為制備太陽(yáng)光泵浦光纖激光器奠定基礎(chǔ)。本文還對(duì)微晶玻璃光纖的制備工藝進(jìn)行一系列探索,提出了一種新穎的工藝:管中-熔體法。利用該方法制備出的微晶玻璃光纖析晶可控,可對(duì)可見(jiàn)太陽(yáng)光進(jìn)行有效的光譜轉(zhuǎn)換。并且,本文還對(duì)管中-熔體法的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證,制備出了不同體系的光纖和微晶玻璃光纖。管中-熔體法具有良好的適用性,為制備其他功能光纖開(kāi)辟了一條新的道路。具體的研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:(1)采用高溫熔融法制備了Ce3+/Cr3+-Yb3+離子共摻的前驅(qū)體玻璃,適當(dāng)熱處理后,微晶玻璃中析出了YAG納米微晶。測(cè)試了樣品的熒光光譜、壽命曲線(xiàn),發(fā)現(xiàn)微晶玻璃中存在從Ce3+/Cr3+向Yb3+離子的能量傳遞過(guò)程。對(duì)比吸收光譜與激發(fā)光譜,測(cè)試不同波長(zhǎng)光激發(fā)下的發(fā)射光譜,證明了Ce3+離子向Yb3+離子的能量傳遞過(guò)程是一個(gè)單光子能量傳遞過(guò)程。另外,還測(cè)試了不同波長(zhǎng)激發(fā)下以及不同溫度下的發(fā)射光譜,證明了Cr3+離子向Yb3+離子的能量傳遞過(guò)程為單光子聲子輔助能量傳遞過(guò)程。在可見(jiàn)模擬太陽(yáng)光的激發(fā)下,相對(duì)于玻璃,Ce3+/Cr3+-Yb3+離子共摻微晶玻璃中都探測(cè)到了近紅外發(fā)光增強(qiáng)。并且,Cr3+-Yb3+離子共摻微晶玻璃對(duì)太陽(yáng)光的轉(zhuǎn)換效率要大Ce3+-Yb3+共摻微晶玻璃。(2)采用熔融法制備了PbS量子點(diǎn)摻雜硼酸鹽玻璃,熱處理后,微晶玻璃中析出了PbS納米微晶。測(cè)試玻璃和微晶玻璃的吸收與發(fā)射光譜,發(fā)現(xiàn)微晶玻璃在近紅外波段具有很高的透過(guò)率。450 nm光激發(fā)下,相比于玻璃,微晶玻璃中探測(cè)到寬帶近紅外發(fā)光增強(qiáng)。隨著熱處理溫度的升高,發(fā)射光譜出現(xiàn)紅移和展寬。監(jiān)測(cè)1100 nm的發(fā)光測(cè)試激發(fā)光譜,微晶玻璃的激發(fā)光譜呈寬帶而且覆蓋了整個(gè)可見(jiàn)區(qū)域。在可見(jiàn)模擬太陽(yáng)光激發(fā)下,相比于玻璃,微晶玻璃中探測(cè)到寬帶的近紅外發(fā)光增強(qiáng),發(fā)射光譜隨著熱處理溫度升高出現(xiàn)紅移和展寬。而且該P(yáng)bS量子點(diǎn)摻雜微晶玻璃對(duì)太陽(yáng)光的轉(zhuǎn)換效率和Cr3+-Yb3+離子共摻Y(jié)AG微晶玻璃中的轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)。鑒于YAG微晶玻璃熱處理溫度較高,散射較大,并且不易于拉制成光纖。故采用PbS量子點(diǎn)摻雜玻璃制備微晶玻璃光纖。本文采用管中-熔體法制備PbS量子點(diǎn)摻雜微晶玻璃光纖。包層選用K9玻璃,纖芯為PbS量子點(diǎn)摻雜硼酸鹽玻璃,在拉絲溫度時(shí),包層玻璃處于軟化狀態(tài),纖芯玻璃處于熔融狀態(tài),快速拉絲制成前驅(qū)體光纖。然后再在低溫下熱處理得到微晶玻璃光纖。對(duì)制得的光纖進(jìn)行EPMA、Raman光譜、TEM以及光譜測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:制得的前驅(qū)體光纖結(jié)構(gòu)完好且無(wú)晶體析出,包層與纖芯之間無(wú)明顯元素?cái)U(kuò)散。熱處理后,光纖纖芯中析出PbS納米微晶。相比于管棒法,管中-熔體法拉制的光纖是析晶可控的,可避免光纖拉絲過(guò)程中的異常析晶。在可見(jiàn)模擬太陽(yáng)光的激發(fā)下,相比于前驅(qū)體光纖,PbS量子點(diǎn)摻雜的微晶玻璃光纖中探測(cè)到了寬帶近紅外發(fā)光增強(qiáng),發(fā)射光譜隨著熱處理溫度的升高或時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生紅移和展寬。(3)在軟化點(diǎn)溫度附近直接拉制多組分玻璃棒,玻璃嚴(yán)重析晶失透。由此證明,管棒法不適用于制備微晶玻璃光纖。采用管中-熔體法分別制備了Cr3+:ZnAl2O4、Ni2+:LiGa5O8以及Ba2TiSi2O8微晶玻璃光纖,包層為石英玻璃,纖芯為硅酸鹽多組分玻璃。對(duì)制得的前驅(qū)體光纖和微晶玻璃光纖進(jìn)行EPMA、Raman光譜、TEM以及光譜測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:制得的前驅(qū)體光纖結(jié)構(gòu)完好且無(wú)晶體析出,包層與纖芯之間無(wú)明顯元素?cái)U(kuò)散。熱處理后,光纖纖芯中分別析出了Cr3+:ZnAl2O4、Ni2+:LiGa5O8以及Ba2TiSi2O8納米微晶。在相應(yīng)激光激發(fā)下,相比于前驅(qū)體光纖,微晶玻璃光纖中都探測(cè)到了發(fā)光增強(qiáng)。管中-熔體法適用于制備各種功能微晶玻璃光纖。(4)在軟化點(diǎn)溫度附近直接拉制鉍摻雜多組分玻璃棒,玻璃中析出了金屬鉍,導(dǎo)致玻璃失透、發(fā)光減弱。由此證明,管棒法不適用于制備鉍摻雜多組分光纖。采用管中-熔體法制備鉍摻雜多組分光纖。包層為石英玻璃,纖芯為鉍摻雜多組分玻璃。對(duì)制得的前驅(qū)體光纖和微晶玻璃光纖進(jìn)行EPMA以及光譜測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:制得的光纖結(jié)構(gòu)完好且無(wú)晶體或金屬鉍的析出,包層與纖芯之間無(wú)明顯的元素?cái)U(kuò)散。在808 nm激光的激發(fā)下,光纖中探測(cè)到了超寬帶近紅外發(fā)光。管中-熔體法適用于制備鉍摻雜多組分光纖。
[Abstract]:This paper presents a novel process for the preparation of high - efficiency solar - pumped fiber lasers . In this paper , PbS quantum dots doped with borate glass have been prepared by melting method . The absorption and emission spectra of glass and glass ceramics have been studied . A multi - component glass fiber has been prepared by direct drawing of multi - component glass fiber in the vicinity of the softening point temperature . It is proved that the tube - rod method is not suitable for the preparation of glass - glass fiber .

【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN248;TQ171.733

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本文編號(hào)：1818853