高掺镱双包层磷酸盐光纤的制备与研究

论文摘要

相较于其它稀土掺杂光纤,掺镱光纤拥有很宽的吸收、发射截面,且量子转换效率高,将双包层结构的掺镱光纤作为光纤激光器的增益介质,可使激光器的输出功率或脉冲能量得到显著提高,在高功率激光器领域得到了广泛应用,近20年来更是取得了迅速的发展。在本论文中,主要概述了高掺镱双包层光纤的优点、工作原理及近年来国内外的发展状况,并成功制备了高掺镱双包层磷酸盐光纤和掺镱磷酸盐保偏光纤,具体的研究内容和取得的研究成果如下:一、研究了磷酸盐玻璃稀土离子高浓度均匀掺杂技术,提高了磷酸盐芯玻璃的稀土离子掺杂浓度,其中Yb3+离子掺杂浓度大于5 wt%。二、研究与解决了磷酸盐玻璃除水难题。分析了磷酸盐玻璃熔制过程中羟基（OH-）含量对磷酸盐玻璃光学性能的影响,通过研究化学反应动力学过程和设计除水方案,改进了熔制磷酸盐玻璃时的除水工艺。采用反应气氛法作为除水方案,实现了高品质大块磷酸盐玻璃的熔制,其OH-基在2880 cm-1处的吸收系数小于1 cm-1。三、研究了磷酸盐玻璃光纤拉丝技术。基于光纤波导理论,设计了光纤的各项光学参数,并通过优化拉丝温度、拉丝速度等工艺制度,拉制出了高掺镱双包层磷酸盐玻璃光纤。其纤芯、内包层和外包层的直径分别为75μm、275μm和1.44 mm,纤芯的数值孔径为0.039,内包层的数值孔径为0.52;其在1310 nm处的损耗系数为仅0.07 dB/cm,在980 nm处的泵浦吸收系数是239.5 dB/m。四、基于高掺镱磷酸盐芯玻璃,进行了熊猫型保偏光纤的设计,制备出了高掺镱熊猫型保偏光纤,保偏光纤的芯/包直径为5/125μm,纤芯数值孔径为0.15,应力棒尺寸为31μm,应力区与纤芯中心的距离为28μm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
• 3+离子激光材料的优点'>  1.2 掺Yb³⁺离子激光材料的优点
•   1.3 双包层光纤结构
•   1.4 国内外掺镱双包层磷酸盐光纤的研究
•   1.5 本课题研究的目的及意义
•   1.6 本论文主要研究内容及论文结构
•   1.7 本课题研究的来源
• 第二章 高掺镱双包层磷酸盐光纤的组分设计
•   2.1 磷酸盐芯玻璃组分的设计
•     2.1.1 镱离子的能级理论
•     2.1.2 镱离子的光谱特性
•     2.1.3 磷酸盐玻璃基质
•     2.1.4 磷酸盐玻璃基质中各组分及作用
•     2.1.5 磷酸盐芯玻璃的除水
•     2.1.6 高掺镱磷酸盐芯玻璃的制备
•   2.2 磷酸盐内包层玻璃组分的设计
•     2.2.1 内包层折射率
•     2.2.2 内包层组分选择
•   2.3 磷酸盐外包层玻璃组分的设计
•   2.4 本章小结
• 第三章 高掺镱双包层磷酸盐玻璃光纤的制备
•   3.1 磷酸盐玻璃的熔制机理
•   3.2 大块磷酸盐玻璃的熔制
•   3.3 光纤预制棒的加工
•     3.3.1 预制棒机械加工
•     3.3.2 预制棒表面处理
•   3.4 磷酸盐光纤拉制
•   3.5 磷酸盐玻璃光纤性能测试
•   3.6 本章小结
• 第四章 掺镱磷酸盐保偏光纤
•   4.1 保偏光纤概论
•     4.1.1 保偏光纤简介
•     4.1.2 保偏光纤的应用
•     4.1.3 保偏光纤的发展方向
•   4.2 掺镱熊猫型保偏光纤
•     4.2.1 熊猫型保偏光纤的设计
•     4.2.2 掺镱熊猫型保偏光纤的制备
•   4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周国栋

导师: 徐善辉,杜永建

关键词: 掺杂,磷酸盐光纤,双包层,保偏

来源: 华南理工大学

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: 华南理工大学

基金: 国家重点研发计划—高性能镱高掺激光玻璃及光纤研究与制备(2017YFF0104602)

分类号: TQ171.1;TN253

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.003940

总页数: 68

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