本文關(guān)鍵詞：空芯光纖放電特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,基于空芯光子晶體光纖的多孔特性,在空芯光纖中充入氣體,進而研究光與氣體的相互作用,已成為業(yè)界的熱點。此類研究的主要應(yīng)用領(lǐng)域為氣體傳感、光泵氣體激光等。為將空芯光纖與傳統(tǒng)的氣體激光器進行結(jié)合,本論文提出在空芯光纖中通過氣體放電構(gòu)造光纖氣體激光的思路,針對放電激勵的光纖氣體激光的相關(guān)問題進行了系統(tǒng)的理論、實驗研究,論文的主要工作如下： (1)從數(shù)值模擬和實驗的角度分別進行了空芯光纖中氣體填充特性的研究。利用有限元軟件對空芯光纖中的氣體填充過程進行了仿真模擬。建立了實驗平臺,對不同充入壓強、不同填充氣體、不同光纖孔徑和不同光纖長度情況下的填充特性進行了實驗研究。利用四極質(zhì)譜儀對光纖內(nèi)激光混合氣體的組分進行檢測,研究了光纖激光混合氣體各組分的填充特性。理論模擬和實驗結(jié)果趨勢一致。 (2)采用有限元軟件對空芯光纖中的射頻放電進行了基于流體模型的理論研究。獲得了射頻放電下空芯光纖中電子密度、電子溫度等參數(shù)的時空分布,并對射頻電壓、放電氣壓等參數(shù)造成的影響進行了討論。研究表明,電壓對鞘層并無明顯影響,而氣壓的增大則會導(dǎo)致鞘層厚度的收縮。電壓和氣壓的變化與電子密度、電子溫度亦存在直接的關(guān)聯(lián)。 (3)對空芯光纖中的氣體放電進行了實驗研究。發(fā)明了一種新型的射頻放電結(jié)構(gòu),成功實現(xiàn)了空芯光纖中的長距離輝光放電,可在近1m長的空芯光纖中獲得較高氣壓下的輝光放電等離子體。采用發(fā)射光譜診斷技術(shù),研究了空芯光纖中氣體放電等離子體參量——轉(zhuǎn)動溫度、原子激發(fā)溫度、電子密度——與氣壓、射頻注入功率的關(guān)系。研究表明,由于空芯光纖的表面積與體積之比較大,熱傳導(dǎo)效率較高,空芯光纖中放電等離子體的氣體溫度均處500K以內(nèi),原子激發(fā)溫度小于104K,電子密度約為1013cm-3,并且等離子體參數(shù)隨射頻注入功率和氣體壓力的變化并不明顯。 (4)研究了輝光放電低溫等離子體填充的空芯光子晶體光纖傳輸特性。在空芯光纖中產(chǎn)生等離子體后,空芯光纖的傳輸特性將隨著等離子體的狀態(tài)而發(fā)生變化。本論文通過有限元法模擬了空芯光纖中的光場分布。通過不同氦氖輝光放電等離子體的折射率計算,將等離子體引入空芯光子晶體光纖的有限元模擬中,計算了光子晶體光纖的限制損耗,得到了空芯光子晶體光纖的傳輸損耗與氣體放電等離子體參數(shù)的關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：空芯光纖 射頻放電 低溫等離子體 發(fā)射光譜診斷 放電模擬
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 光泵浦空芯光纖氣體激光11-14
• 1.2 放電激勵波導(dǎo)氣體激光14-17
• 1.3 空芯光纖中的氣體放電技術(shù)17-22
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容22-24
• 2 空芯光纖氣體填充特性的研究24-41
• 2.1 空氣動力學(xué)基礎(chǔ)理論24-29
• 2.2 空芯光纖氣體填充有限元數(shù)值模擬29-32
• 2.3 空芯光纖氣體填充實驗研究32-34
• 2.4 空芯光纖氣體填充特性34-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 3 空芯光纖氣體放電模擬研究41-57
• 3.1 氣體放電流體模型41-43
• 3.2 直流放電43-47
• 3.3 射頻放電47-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 4 空芯光纖氣體放電實驗研究57-85
• 4.1 等離子體發(fā)射光譜診斷57-68
• 4.2 空芯光纖中的直流放電68-74
• 4.3 空芯光纖中的射頻放電74-84
• 4.4 本章小結(jié)84-85
• 5 等離子體填充的空芯光纖傳輸特性研究85-100
• 5.1 光子晶體與光子晶體光纖85-86
• 5.2 帶隙型光子晶體光纖86-94
• 5.3 等離子體的折射率94-97
• 5.4 等離子體填充的光子晶體光纖的損耗97-99
• 5.5 本章小結(jié)99-100
• 6 總結(jié)與展望100-103
• 致謝103-105
• 參考文獻105-114
• 附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄114

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1 周佳琦;陸維佳;孫幫山;石藝尉;;空芯光纖氣體傳感氣室的優(yōu)化設(shè)計[J];光學(xué)學(xué)報;2012年02期

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本文編號：260420