Ge基硫化物玻璃光纤制备及其超连续谱特性研究

论文摘要

超连续谱是指高功率的窄带激光脉冲耦合到非线性介质中,使光谱得到展宽的一种现象,它是色散和非线性效应共同作用的结果。由于超连续谱光源具有亮度高、光谱范围宽以及空间相干性好的优良特性,在荧光成像、光学相干层析技术、生物探测、食品质量监控以及污染检测等领域有着广泛的应用前景。硫系玻璃具有宽的红外透过窗口（从可见光到20μm）、高的折射率以及极高的非线性系数,是作为产生中红外超连续谱输出理想的非线性光纤介质。然而,通常来说在光纤的近零色散点处泵浦可以得到更有效的超连续谱产生,而传统硫系玻璃光纤其零色散点位于红外波段（>5μm）,无法通过常用的商用激光器泵浦获得超连续谱输出。通过玻璃组成优化有望实现硫系玻璃光纤零色散点蓝移,满足商用激光泵浦波长工作范围,为今后采用光纤激光器泵浦的全光纤化硫系中红外超连续谱光源实现直接的推动意义。本文在文献调研的基础上,在实验方面通过挤压法制备出Ge-As-S阶跃型光纤,并深入研究了光纤的损耗、机械强度及其超连续谱展宽特性。在理论方面采用Comsol Multiphysics软件模拟不同纤芯直径下的Ge-Ga-S-CsI阶跃型光纤的相关光学特性,借助Matlab软件对基于Ge-Ga-S-CsI阶跃型光纤超连续谱输出特性进行模拟仿真。本文结构如下:本文首先简要介绍了超连续谱光源发展进程以及相关应用领域,综述了近年来硫系光纤的中红外超连续谱输出研究进展和现状。超连续谱首次在块状玻璃中发现开始,研究者深入探索后,逐步到在硫系光纤中获得超宽超连续谱输出,并不断探究不同结构和材质的超连续谱输出介质,使读者对超连续谱有较深的了解,并提出本文研究内容以及研究意义。紧接着介绍超连续谱展宽的物理机理,首先从麦克斯韦方程出发,引出广义非线性薛定谔方程,并详细介绍其求解方法,最后分析了对超连续谱产生造成影响色散和一些非线性效应,使读者对超连续谱产生机理有了更升入的了解。通过实验部分,详细介绍硫系玻璃制备与提纯方法以及玻璃性能测试。并实验研究了Ge-As-S和Ge-Ga-S-CsI硫系玻璃的性能,对其进行了分析;开展了这两种玻璃基质的光纤预制棒制备及其光纤拉制研究,分析了光纤的损耗和机械性能。另外,进行了Ge-As-S阶跃型光纤超连续谱实验输出特性研究,分析了在不同泵浦波长和不同功率条件下的中红外超连续谱输出特性。采用Comsol Multiphysics软件模拟仿真不同纤芯直径下的Ge-Ga-S-CsI阶跃型光纤的光学特性,采用Matlab软件仿真了其中红外超连续谱输出特性。最后给出论文的总结以及工作中的不足之处。

论文目录

• 引言
• 1 绪论
•   1.1 超连续谱概述
•   1.2 超连续谱产生发展趋势和应用
•     1.2.1 超连续谱发展趋势
•     1.2.2 超连续谱应用
•   1.3 硫系玻璃光纤中超连续谱研究现状
•     1.3.1 微结构硫系光纤SC谱输出
•     1.3.2 拉锥硫系光纤SC谱输出
•     1.3.3 阶跃型硫系光纤SC谱输出
•   1.4 论文研究内容与意义
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 研究意义
• 2 超连续谱产生机理
•   2.1 时域非线性薛定谔及解析方法
•     2.1.1 时域非线性薛定谔
•     2.1.2 时域非线性薛定谔方程数值解析
•   2.2 超连续谱产生中的色散和非线性效应
•     2.2.1 色散
•     2.2.2 自相位调制
•     2.2.3 受激拉曼散射
•     2.2.4 四波混频
•     2.2.5 光孤子效应
•   2.3 本章小结
• 3 实验部分
•   3.1 硫系玻璃制备
•     3.1.1 实验原料及特性
•     3.1.2 玻璃熔制
•   3.2 玻璃性能测试
•     3.2.1 红外透过光谱测试
•     3.2.2 热差分析测试
•     3.2.3 折射率测试
•     3.2.4 热膨胀系数测试
•     3.2.5 激光损伤阈值测试
•     3.2.6 拉曼光谱测试
•   3.3 本章小结
• 4 Ge基硫化物光纤制备及其性能研究
•   4.1 实验原料选择
•     4.1.1 Ge-As-S玻璃光纤基质选择
•     4.1.2 Ge-Ga-S-CsI玻璃光纤基质选择
•   4.2 硫系光纤基质玻璃性能研究
•     4.2.1 Ge-As-S玻璃性能分析
•     4.2.2 Ge-Ga-S-CsI玻璃性能分析
•   4.3 硫系光纤制备
•     4.3.1 传统阶跃型光纤预制棒制备方法探索
•     4.3.2 光纤拉制
•   4.4 光纤性能研究
•     4.4.1 Ge-As-S阶跃型光纤
•     4.4.2 Ge-As-S阶跃型光纤损耗测量及分析
•     4.4.3 Ge-As-S阶跃型光纤弯曲强度测量及分析
•     4.4.4 Ge-Ga-S-CsI光纤探索
•   4.5 本章小结
• 5 硫系光纤的超连续谱特性研究
•   5.1 Ge-As-S阶跃型光纤SC实验
•     5.1.1 红外超连续谱实验平台
•     5.1.2 Ge-As-S光纤不同泵浦波长下SC谱特性
•     5.1.3 Ge-As-S光纤不同泵浦功率下SC谱特性
•   5.2 Ge-Ga-S-CsI阶跃型光纤SC模拟实验
•     5.2.1 Ge-Ga-S-CsI光纤光学特性
•     5.2.2 Ge-Ga-S-CsI光纤拉曼特性
•     5.2.3 模拟Ge-Ga-S-CsI光纤在不同泵浦波长下SC谱特性
•     5.2.4 模拟Ge-Ga-S-CsI光纤在不同功率下SC谱特性
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢
• Abstract
• 中文摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏文勇

导师: 戴世勋

关键词: 硫系玻璃,玻璃提纯,阶跃型光纤,超连续谱

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学

单位: 宁波大学

分类号: TN253;TQ171.1

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000514

总页数: 76

文件大小: 3474K

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