光纖作為材料的一維形態(tài),是優(yōu)異的光學(xué)研究和光學(xué)器件平臺,極大地促進(jìn)了科技與社會的發(fā)展進(jìn)步。伴隨著功能材料的研發(fā)升級和光纖制備工藝的不斷精進(jìn),涉及材料、結(jié)構(gòu)或功能集成的新型復(fù)合光纖已成為光纖波導(dǎo)的重要研究方向,在光纖激光、光學(xué)傳感、特殊照明、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。過渡金屬錳（Mn）離子具有多種價(jià)態(tài),其摻雜發(fā)光材料可表現(xiàn)出各種特殊的發(fā)光性質(zhì),并可為基質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控優(yōu)化提供探針作用。因此錳摻雜發(fā)光材料具有獨(dú)特的研究價(jià)值及應(yīng)用優(yōu)勢,有望用作前驅(qū)體材料探究制備復(fù)合光纖。本課題針對復(fù)合光纖在余輝特殊照明、光學(xué)溫度傳感的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展?jié)摿?分別探索相關(guān)的錳摻雜新型無機(jī)光功能材料的研制組成,研究錳離子在相應(yīng)材料中的發(fā)光性質(zhì)。其次,嘗試探明材料的結(jié)構(gòu)與性能間的構(gòu)效關(guān)系,闡釋相應(yīng)內(nèi)在機(jī)理。隨后,開展所研制材料的光纖化前期工作,為后續(xù)復(fù)合光纖的實(shí)際拉制鋪平道路。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）發(fā)現(xiàn)了一系列可覆蓋紅至近紅外發(fā)光波段（530-830 nm）的新型Mn²⁺摻雜鍺酸鹽余輝發(fā)光功能玻璃�；诜蔷w材料結(jié)構(gòu)連續(xù)性的特質(zhì),采用簡單可行的拓?fù)洳呗赃M(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)控,成功增強(qiáng)光致發(fā)... 

【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)氣相沉積法的工作原理示意圖

第一章緒論3進(jìn)行，這可保持纖芯材料的性能及化學(xué)穩(wěn)定性，為一些熔點(diǎn)極高、不適用于其他方法（如較高溫度拉制的熱拉法）制備的材料提供了復(fù)合選擇。但這種方法受限于沉積速率緩慢的問題，不適用于制備長度達(dá)到幾十米到幾千米的光纖。（2）壓力輔助熔體填充法壓力輔助熔體填充法（PAMF）是制備微結(jié)構(gòu)復(fù)合光纖的又一有效手段。其核心過程是在事先制備好的具有毛細(xì)管的微結(jié)構(gòu)光纖中，利用壓力驅(qū)動熔體材料進(jìn)入并填充到纖芯中（見圖1-2）。PAMF并不嚴(yán)格要求包層與纖芯材料的匹配性，即使其熱膨脹系數(shù)相差甚大也能通過這種方法進(jìn)行復(fù)合，因此賦予了材料選擇更大的自由度。P.S.J.Russell團(tuán)隊(duì)于2008年首次利用該法將熔點(diǎn)為940°C的半導(dǎo)體Ge成功填充復(fù)合進(jìn)轉(zhuǎn)變溫度為1330°C的石英玻璃微結(jié)構(gòu)光纖中[4]。經(jīng)過后續(xù)研究，金屬、硫系玻璃等低熔點(diǎn)材料同樣可用PMAF方法集成到光纖中。對于PAMF法的實(shí)際操作，需要考慮以下因素：①待填充的前驅(qū)體熔體材料的粘度較低（＜10Pa·s）；②填充過程的溫度須低于包層基質(zhì)玻璃的軟化溫度；③填充材料與基質(zhì)玻璃間不發(fā)生額外的化學(xué)反應(yīng)。值得說明的是，受限于設(shè)備的尺寸，該法較難制備獲得長度較長、連續(xù)性較好的復(fù)合光纖[5]。圖1-2壓力輔助熔體填充法的填充過程示意圖Fig.1-2SketchofthefillingprocedureofthePMAFtechnique.（3）激光加熱基座生長法激光加熱基座生長法（LHPG）主要適用于將單晶復(fù)合進(jìn)光纖中。早在1975年C.A.Burrus等人便采用該技術(shù)，以激光束作為熱源制備出直徑為50μm的Nd3+:YAG單晶光纖[6]。經(jīng)過近幾十年來的研究發(fā)展，目前已成功實(shí)現(xiàn)將稀土或過渡金屬離子摻雜的單晶、電光晶體、紅外晶體及非線性晶體復(fù)合到光纖中，且能控制并減少晶纖的直徑波動，這

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4可充分利用單晶優(yōu)異的光學(xué)特性進(jìn)行應(yīng)用拓展[7-9]。但該方法仍需進(jìn)一步改進(jìn)其生長速度緩慢、所合成光纖直徑較大且長度有限等限制因素。（3）熱拉法要將上述技術(shù)擴(kuò)展到大規(guī)模制備仍具有很大的挑戰(zhàn)性，因此作為典型工業(yè)光纖生產(chǎn)方法的熱拉法依然是制備復(fù)合光纖的主要方法。熱拉法指將一根設(shè)計(jì)制備好的光纖預(yù)制棒置于光纖拉絲塔中，通過塔中加熱爐將預(yù)制棒加熱至指定溫度使其軟化，再經(jīng)重力和外部拉力牽引拉制成制定尺寸光纖的方法方法，又稱預(yù)制棒光纖方法（圖1-3所示）。預(yù)制棒的制備方法主要有管棒法、堆疊法、擠壓法和薄膜滾壓法等。由于預(yù)制棒是在毫米尺度上構(gòu)造的，因此通過集成新型材料到特定結(jié)構(gòu)的光纖預(yù)制棒中，然后將其熱拉成光纖，可在光纖軸向上保持預(yù)制棒結(jié)構(gòu)與材料的完整性，且光纖長度基本不受限制。而在預(yù)制棒適當(dāng)位置上設(shè)計(jì)布置多個(gè)相互獨(dú)立的功能器件材料，可使最終獲得的高密度器件集成的單一光纖具有高性能與多功能。在熱拉過程中，光纖的直徑尺寸可通過控制外部牽引力進(jìn)行調(diào)諧延展，尺寸范圍可跨越幾個(gè)數(shù)量級（從微米到幾納米）。因此該法除了在熱拉過程中保持軸向?qū)ΨQ性之外，還可將光纖本身當(dāng)作一個(gè)獨(dú)特的設(shè)計(jì)平臺，通過打破其對稱性來設(shè)計(jì)構(gòu)建不同尋常的微米/納米級幾何形狀和結(jié)構(gòu)，用于開發(fā)合成新興技術(shù)所需求的重要材料，且可衍生許多關(guān)于材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理和微納米技術(shù)方面的基礎(chǔ)研究課題，這是其他現(xiàn)有光纖制備處理方法所無法實(shí)現(xiàn)的特性。本文主要以熱拉法作為光纖拉制方法進(jìn)行探究討論。圖1-3利用拉絲塔熱拉成纖的示意圖。Fig.1-3Schematicofthermal-drawingfiberformedbyadrawingtower.按照實(shí)際拉制的溫度，熱拉法主要可分低溫直拉法和纖芯熔融法。低溫?zé)崂ㄖ饕?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Thermal and luminescent properties of 2 μm emission in thulium-sensitized holmium-doped silicate-germanate glass[J]. Rong Chen,Ying Tian,Bingpeng Li,Xufeng Jing,Junjie Zhang,Shiqing Xu,Hellmut Eckert,Xianghua Zhang.  Photonics Research. 2016(06)

博士論文
[1]四價(jià)錳摻雜六氟化物的發(fā)光及耐濕性能研究[D]. 江春燕.華南理工大學(xué) 2019
[2]S+C+L+U波段發(fā)光鉍摻雜玻璃與光纖研究[D]. 曹江坤.華南理工大學(xué) 2019
[3]錳（4+,2+）及銪（2+）離子激活的一些含氧酸鹽發(fā)光材料的性能研究及其在w-LED中應(yīng)用[D]. 梁思思.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[4]錳摻雜近紅外發(fā)光材料的設(shè)計(jì)合成及光譜性能研究[D]. 張曉聞.華南理工大學(xué) 2017
[5]復(fù)合玻璃光纖的研究[D]. 唐國武.華南理工大學(xué) 2017

碩士論文
[1]鉍摻雜磷/鍺酸鹽玻璃與光纖制備及性能研究[D]. 張子揚(yáng).華南理工大學(xué) 2018



本文編號：3586040