基于半導(dǎo)體材料獨特的性質(zhì)以及光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體芯復(fù)合材料光纖在傳感、非線性光學(xué)、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。復(fù)合材料光纖的后處理技術(shù)因能調(diào)控復(fù)合材料光纖的纖芯結(jié)構(gòu)從而實現(xiàn)光纖綜合性能的提升,受到了越來越多的關(guān)注。目前激光熱處理法已經(jīng)實現(xiàn)了不同單晶半導(dǎo)體芯復(fù)合材料光纖的制備,改善了多種光纖性能,如降低光纖傳輸損耗,提升光電響應(yīng)特性。但是,激光熱處理法制備的單晶半導(dǎo)體芯復(fù)合材料光纖存在著纖芯應(yīng)力分布不均、光纖長度較短等問題。本文選擇半導(dǎo)體碲芯復(fù)合玻璃光纖作為研究對象,采用不同的復(fù)合材料光纖后處理技術(shù),分別是激光熱處理法與坩堝下降原理的下降熱處理法,探索并實現(xiàn)了纖芯由多晶態(tài)向單晶態(tài)的轉(zhuǎn)變過程,提高了光纖的光電、壓力傳感方面的性能。具體研究內(nèi)容和研究成果如下:（1）研究了Te纖芯/硼硅酸鹽玻璃包層復(fù)合光纖前驅(qū)體的制備。采用熔融芯法制備了包層外直徑為800μm,纖芯直徑為123μm的Te芯復(fù)合玻璃光纖。通過元素分析發(fā)現(xiàn)Si、O元素沒有明顯擴(kuò)散進(jìn)入纖芯的現(xiàn)象,纖芯保持較高的純度。（2）研究了下降熱處理法制備單晶Te芯復(fù)合玻璃光纖的電加熱纖芯單晶化后處理技術(shù)。提出基于坩堝下降原理的復(fù)合光纖... 

【文章來源】：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)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高壓化學(xué)沉積法的原理圖[36]

第一章緒論5化至滿足拉絲條件時，纖芯處于熔融狀態(tài)，隨后纖芯熔體在包層玻璃的約束下被共同拉制成光纖。熔融芯法適用于制備非傳統(tǒng)玻璃纖芯材料光纖，纖芯前驅(qū)體材料可以是晶體、非晶體、陶瓷等材料。由于光纖拉制過程使用了成熟度較高的商用拉絲塔，此方法具有操作簡單，光纖尺寸靈活易變，光纖長度不受限的特點。雖然優(yōu)勢明顯，熔融芯法同時存在一些難以避免的缺陷。例如，在光纖拉制過程中，軟化的玻璃包層直接與纖芯熔體接觸，因此二者之間必將存在熱激活引起的元素間溶解和擴(kuò)散，并且這個過程隨著拉絲溫度的升高而愈發(fā)劇烈；由于纖芯材料和包層玻璃的熱膨脹系數(shù)具有差異，因此纖芯與包層在冷卻后存在殘余應(yīng)力，應(yīng)力過大時甚至?xí)䦟?dǎo)致光纖破裂；纖芯材料的熔點不僅要低于包層玻璃的軟化溫度，還應(yīng)對包層玻璃具有良好的潤濕性以形成良好的芯包界面。(3)壓力輔助熔體填充法壓力輔助熔體填充法（PAMF）的主要思想，是將材料加熱熔化為流動性較強(qiáng)的熔體，然后利用外部壓力泵送熔體填充于具有孔道的光纖中。PAMF法成功制備復(fù)合光纖需要滿足的一般條件為：待填充熔體的黏度值足夠低（一般小于10Pa·s）；包層玻璃的軟化點應(yīng)高于待填充熔體的溫度；對熔體起容納作用的包層玻璃化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不與之發(fā)生反應(yīng)。這種方法適用范圍較廣，通過此法已經(jīng)能將一些熔點較低的金屬，硫系玻璃，半導(dǎo)體等材料復(fù)合于光纖結(jié)構(gòu)中。與熔融芯法相比，PAMF法制備光纖時不需要特別考慮包層玻璃與填充纖芯材料的熱膨脹系數(shù)差異問題，但其設(shè)備的大小直接限制光纖制備長度。圖1-2壓力輔助熔體填充法的原理圖[37]Fig.1-2Schematicdiagramofpressureassistedmeltfillingmethod[37]

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文6(4)后期處理法通常以上三種方法制備的復(fù)合玻璃光纖纖芯一般為非晶態(tài)或多晶態(tài)，而很難得到單晶態(tài)。復(fù)合玻璃光纖的后期處理就是期望通過調(diào)控復(fù)合光纖的纖芯結(jié)構(gòu)從而提升光纖某些性能，例如將非晶態(tài)半導(dǎo)體芯復(fù)合光纖處理為單晶態(tài)半導(dǎo)體芯光纖，能夠大幅度提升其光電響應(yīng)特性，降低光學(xué)傳輸損耗。在此背景下，近年來出現(xiàn)了不同的后期處理方法，主要包括二步熱處理法以及激光熱處理法。二步熱處理法[38]的主要思想是通過對復(fù)合光纖進(jìn)行兩次普通熱處理，分步控制無定形態(tài)纖芯的晶體形核與晶體生長，在纖芯中生長一定均勻尺寸的晶粒，得到多晶態(tài)纖芯復(fù)合光纖。此法的特點是成本低廉，但僅能在纖芯結(jié)構(gòu)中控制多晶生長，原理上無法制備出單晶纖芯，因此光纖性能不能得到最大幅度的改善。圖1-3Si纖芯石英包層復(fù)合光纖的激光熱處理過程示意圖[16]Fig.1-3Schematicdiagramoflaserannealingofsiliconcoresilicacladmultimaterialfiber[16]激光熱處理是指利用激光對光纖材料直接輻照產(chǎn)生熱效應(yīng)，使纖芯局部區(qū)域達(dá)到熔融狀態(tài)，然后移動激光使纖芯內(nèi)部產(chǎn)生定向重結(jié)晶。此過程中光纖玻璃包層充當(dāng)坩堝的作用，使光纖在激光熱處理前后維持原有的幾何形態(tài)。依據(jù)晶體生長的幾何淘汰規(guī)律，在合理的工藝制度下無籽晶也能夠?qū)崿F(xiàn)單晶化復(fù)合光纖纖芯。目前多數(shù)復(fù)合光纖的激光熱處理研究都使用CO2激光為加熱源，10.6μm波段的CO2激光能夠被常見的石英玻璃、硅酸鹽基質(zhì)玻璃強(qiáng)烈吸收。此外也可根據(jù)纖芯與包層材料的光學(xué)特性選擇某些特殊波長的激光，使激光透過光纖包層對纖芯實現(xiàn)直接加熱。相較而言，直接加熱纖芯需要的激光功率更校激光熱處理不僅可以用于單晶纖芯復(fù)合光纖的制備，還能在復(fù)合光纖的纖

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3208817