CO₂激光器具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率,連續(xù)輸出激光功率可以達(dá)到上千瓦。金屬、陶瓷、高分子材料和人體組織對CO₂激光有較強(qiáng)的吸收,使得CO₂激光在材料加工、激光誘導(dǎo)核聚變、激光手術(shù)等領(lǐng)域有較大的應(yīng)用潛力。在傳輸CO₂激光的中紅外波導(dǎo)研究中,空芯光纖憑借無端面反射、耦合損耗小、散熱性好、能量損傷閾值高等特性而備受關(guān)注。當(dāng)前,開發(fā)制作成本低、能夠穩(wěn)定傳輸大功率CO₂激光的中紅外空芯光纖仍然具有挑戰(zhàn)性。此外,先前的研究主要集中在室溫環(huán)境下光纖的傳輸行為,限制了其在低溫環(huán)境條件下的應(yīng)用。本文探討了使用具有較低制作成本的氧化鋁多晶毛細(xì)管空芯光纖傳輸較高功率CO₂激光的潛力,并研究了氧化鋁和氧化鍺中紅外空芯光纖在低溫下的傳輸性能。通過實(shí)驗(yàn)測量和理論分析表明氧化鋁多晶毛細(xì)管空芯光纖在CO₂激光波長附近有一個(gè)較寬的低損耗窗口。實(shí)驗(yàn)分析了1² mm內(nèi)直徑光纖樣品傳輸CO₂激光的損耗,其中內(nèi)直徑1.5 mm的光纖樣... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 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

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典型的近紅外衰減全反射實(shí)芯光纖結(jié)構(gòu)示意圖

4圖1.1典型的近紅外衰減全反射實(shí)芯光纖結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.1Schematicdiagramofatypicalnear-infraredATR(attenuatedtotalreflection)solid-corefiberstructure.圖1.2階躍型（a）和漸變型（b）全反射實(shí)芯光纖橫截面折射率分布示意圖Figure1.2Schematicdiagramofthecross-sectionalrefractiveindexdistributionofstep-type(a)andgraded-type(b)ATRsolid-coreopticalfibers.用作CO2激光傳輸?shù)膶?shí)芯光纖與近紅外實(shí)芯光纖具有類似的結(jié)構(gòu)，但所使用的光纖材料有所不同。制作這一類光纖的材料需要在CO2激光波長處具有較小的吸收率，候選材料有金屬鹵化物多晶體或硫鹵非氧化物玻璃等。當(dāng)前，實(shí)芯光纖中用來傳輸CO2激光的典型代表是鹵化銀多晶光纖[40]。鹵化銀多晶光纖傳輸CO2激光的損耗較低，沒有毒性，可彎曲性好，而且不潮解，已被廣泛應(yīng)用于紅外光譜傳輸、激光測溫、外科激光手術(shù)等領(lǐng)域。鹵化銀光纖的結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外依次是鹵化銀多晶纖芯、空氣層和氟塑料管，其中鹵化銀多晶纖芯是利用材料在一定溫度下的超塑性，通過熱擠壓法獲得。目前，CeramOptec公司生產(chǎn)的OptranMIR鹵化銀光纖憑借其優(yōu)異的低損耗特性被用于CO2激光的柔性傳輸系統(tǒng)，用

6護(hù)層。對于內(nèi)直徑540μm、700μm和1000μm的光纖樣品，直線傳輸CO2激光的損耗分別是0.8dB/m、0.25dB/m和0.2dB/m，傳輸性能優(yōu)良。圖1.3泄漏型（a）和全反射型（b）CO2激光空芯光纖的結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.3Schematicstructuraldiagramofleakagetype(a)andtotalreflectiontype(b)hollowcoreopticalfibersfortransmittingCO2laser.圖1.3（b）給出了全反射型空芯光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。全反射型空芯光纖結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外依次是空氣纖芯、反射層，結(jié)構(gòu)基管和保護(hù)層。利用全反射原理把激光輻射限制在光纖內(nèi)傳輸。制備全反射型CO2激光空芯光纖的關(guān)鍵技術(shù)是獲得在CO2激光波長即10.6μm處折射率小于1的反射膜材料，并找到合適的工藝方法制備出空芯光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。研究表明，Al2O3、GeO2和SiC等晶體或非晶態(tài)材料在波長10.6μm附近具有折射率小于1的性質(zhì)，因此可以用于制備傳輸CO2激光

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光核聚變的發(fā)展(邀請論文)[J]. 林尊琪.  中國激光. 2010(09)
[2]空芯傳能光纖的特性研究[J]. 侯峙云,洪文學(xué),侯藍(lán)田,韓穎,李東源.  紅外技術(shù). 2008(06)
[3]空芯光纖中沉積多晶態(tài)GeO2薄膜的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 周桂耀,侯峙云,侯藍(lán)田,何軍,關(guān)兵.  材料科學(xué)與工藝. 2001(01)
[4]光通信概述[J]. 盧文全.  光通信技術(shù). 1997(03)

碩士論文
[1]金屬毛細(xì)管二氧化鍺中紅外空芯光纖的研究[D]. 王旭.華東師范大學(xué) 2017



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