低损耗As-Se硫系光纤关键制备技术研究

论文摘要

硫系玻璃光纤因其在中远红外波段出色的透过特性,在空间探测、激光传输、光电子器件、红外成像、远距离传感和国防安全等诸多领域产生了重要的作用。在材料选择方面,本文选取了AsSe硫系玻璃作为光纤基质材料,因其具有良好的热稳定性和优异的近红外和中红外性能。成功制备低损耗硫系玻璃光纤有两个重要因素,一是降低玻璃中杂质含量,二是优化硫系玻璃光纤的制备工艺。本文首先采用加热的方式进行动态抽真空,随后采取了一种开放式的蒸馏提纯的方法进行原料提纯,制备了两组高纯的As-Se玻璃。然后通过传统隔离挤压法和去皮隔离挤压法分别制备了小芯单模和大芯多模光纤,获得了较低的光纤损耗。最后分析了光场能量分布和测试了超连续谱。第一章简单概述硫系玻璃和硫系玻璃光纤,介绍了硫系玻璃的光学性能和应用领域,通过对比目前较为实用化的硫系光纤,文中选择了具有成本效益的As-Se玻璃进行研究。分别介绍了硫系玻璃光纤的制备工艺,最后说明了改进的隔离挤压法具有自己独特的优势。第二章介绍了硫系玻璃的理论和基本特性,如红外透过光谱、热膨胀、杂质与缺陷,并以此为基础介绍玻璃制备与提纯的必要性;阐述了基础光纤理论包括光纤结构和传输,光纤损耗和光纤色散。第三章首先介绍了硫系玻璃的提纯工艺及制备方法,分别获得了As40Se58Te2/As40Se60、As38Se62/As39Se61块状玻璃,随后对玻璃进一步机械加工,最后测试了玻璃的透过光谱和折射率。第四章介绍了两次多步隔离挤压法制备单模As-Se硫系玻璃光纤,详细说明了光纤的拉制过程,分别对光纤的结构和端面进行了分析,光纤支持单模传输的条件;测试分析了光纤损耗以及超连续谱。第五章提出了一种创新的去皮隔离挤压法,该方法和传统隔离挤压法相比,具有解决芯包缺陷的优势。详细分析了光纤预制棒和光纤端面。测试了光纤的光场能量分布,验证了该类光纤具有优良的光传输能力。通过对比两种挤压法的光纤损耗图,去皮隔离挤压法能够解决芯包缺陷增加的光的散射问题,有效地降低了光纤的损耗。超连续谱测试结果表明,大芯光纤在飞秒光参量放大激光器的泵浦下,获得的超连续谱相对较为平坦。最后,本文总结了制备低损耗As-Se硫系光纤关键制备技术的研究内容,指出存在的问题以及下一步改进的方向。

论文目录

• 引言
• 1 绪论
•   1.1 硫系玻璃与光纤概述
•     1.1.1 硫系玻璃
•     1.1.2 硫系玻璃光纤
•   1.2 硫系光纤的应用与实用化光纤研究现状
•     1.2.1 红外激光导能
•     1.2.2 光纤传感与检测
•     1.2.3 光纤的超连续谱输出
•     1.2.4 实用化光纤研究现状
•   1.3 硫系玻璃光纤制备工艺
•     1.3.1 双坩埚法
•     1.3.2 管棒法
•     1.3.3 浇铸法
•     1.3.4 挤压法
•   1.4 本论文的研究内容
•     1.4.1 高纯As-Se玻璃的制备
•     1.4.2 As-Se玻璃预制棒的制备
•     1.4.3 光纤拉丝工艺研究
•     1.4.4 光纤的性能测试
• 2 理论基础
•   2.1 硫系玻璃基础原理
•     2.1.1 硫系玻璃的定义与特点
•     2.1.2 玻璃的红外透射光谱
•     2.1.3 玻璃的膨胀系数
•     2.1.4 玻璃中的杂质和缺陷
•     2.1.5 玻璃制备提纯工艺
•   2.2 光纤基础原理
•     2.2.1 光纤结构和传输模式
•     2.2.2 光纤损耗
•     2.2.3 光纤的色散
• 3 高纯硫系玻璃的制备及其性能测试
•   3.1 玻璃的提纯实验
•     3.1.1 直接提纯法
•     3.1.2 间接提纯法
•     3.1.3 开放式蒸馏法
•   3.2 原料Se的预提纯
•   3.3 玻璃样品的制备
•     3.3.1 玻璃的熔制与退火
•   3.4 玻璃的加工与测试方法
•   3.5 As-Se硫系玻璃的性能研究
•     3.5.1 As40Se58Te2和As40Se60玻璃测试
•     3.5.2 As39Se61和As38Se62玻璃测试
•   3.6 本章小结
• 4 单模As-Se红外玻璃光纤的制备及其性能研究
•   4.1 单模光纤的制备
•     4.1.1 光纤预制棒的制备
•     4.1.2 光纤的拉制过程
•   4.2 光纤的结构参数及性能分析
•     4.2.1 光纤结构与端面分析
•     4.2.2 光纤损耗测试
•     4.2.3 单模光纤超连续谱
•   4.3 本章小结
• 5 基于去皮挤压法的完美芯包结构的光纤制备
•   5.1 光纤的制备
•     5.1.1 去皮ISE与传统ISE预制棒制备对比
•     5.1.2 拉丝工艺探索
•   5.2 光纤的性能分析
•     5.2.1 两种挤压法预制棒与光纤端面对比
•     5.2.2 光纤光斑测试
•     5.2.3 光纤损耗对比与模拟色散
•     5.2.4 多模光纤超连续谱
•   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 of Thesis
• 论文摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 薛祖钢

导师: 王训四,王荣平

关键词: 红外玻璃光纤,蒸馏玻璃纯化,去皮隔离挤压法,光纤损耗

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.2019.000329

总页数: 62

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