多功能半导体复合玻璃光纤

论文摘要

复合玻璃光纤,是将多种材料或结构复合进光纤中,使光纤实现如光学、电学、热学、机械性能、声学性能等不同的功能。然而,大多数针对复合玻璃光纤的研究仅利用了其单一性能,这无疑限制了复合玻璃光纤在更广泛、更高效领域的应用。本文选择了具有多种优良性能的硫系半导体纤芯的复合玻璃光纤为研究对象,研究复合玻璃光纤的多功能化。即以半导体材料（GeSe、Cu-Se、Ag-Se）及具有新型快速相变性能的材料（Sb）作为纤芯,玻璃为包层构成复合材料光纤,结合本课题组在复合玻璃光纤领域长期积累的光纤制备技术,期望在单一的复合玻璃光纤中得到多种优良的性能。研究内容和主要研究成果如下:（1）研制了连续的GeSe纤芯硼硅酸盐玻璃包层多功能复合玻璃光纤:采用纤芯熔融法制备了光纤,光纤外径为300-700μm,纤芯直径为30-70μm。XRD和拉曼光谱表明光纤纤芯为正交GeSe晶相;EPMA和XPS分析表明纤芯中存在少量无定形态GeO2,来源于光纤高温拉制过程中玻璃包层中的氧扩散到纤芯中,与纤芯中Ge结合而形成;光电流测试表明,晶态GeSe纤芯复合玻璃光纤808 nm激光的照射下,电导率是其在黑暗条件下的2.04倍;GeSe纤芯复合玻璃光纤在300 K的Seebeck系数为566.03μV/K（与块体的GeSe相当）,它的电导率为55.56 S/m,比文献中所报道的未掺杂GeSe块体高出了3-4个数量级,GeSe纤芯复合玻璃光纤的功率因子PF=0.18μW?K-2?cm-1,这个值要远远大于未掺杂的GeSe块体,表明GeSe纤芯复合玻璃光纤具有优良热电性能;压力传感测试的结果表明,GeSe纤芯复合玻璃光纤在受力为0.5 N的条件下,电导率变化了10.45%。以上结果表明,GeSe纤芯硼硅酸盐玻璃包层复合玻璃光纤有望在光电探测、热电转换和压力传感等多领域得到应用。（2）研制了两种纤芯分别为Cu-Se和Ag-Se的化合物半导体纤芯复合玻璃光纤:Cu-Se纤芯复合玻璃光纤纤芯的晶相为CuSe和Cu3Se2两种晶相的混合相,Cu-Se纤芯在200-2500 nm范围内具有较强的吸收,吸收最强的区域在500-1000 nm波长区域;在532 nm激光和808 nm激光的照射下时,Cu-Se纤芯复合玻璃光纤的电导率减小了60.5%和80.4%,表明Cu-Se纤芯复合玻璃光纤有望在光电探测、光开关等领域得到应用。研制了Ag-Se纤芯复合玻璃光纤技术,研究发现,热拉制光纤时纤芯预制棒中原料Ag粉与Se粉部分反应生成了Ag2Se,由于Ag2Se的熔点为880°C,预制棒纤芯部分温度不足以使Ag2Se完全熔融,导致纤芯不连续,有待于进一步改进制备此复合玻璃光纤的制备技术。（3）研制了Sb纤芯复合玻璃光纤:用纤芯熔融法制备了光纤,EPMA的测试结果表明,Sb纤芯复合玻璃光纤的纤芯中主要元素为Sb,包层中主要元素为O和Si,但纤芯中存在O扩散的现象,并且扩散的O均匀地分布在纤芯区域中。但XRD和拉曼光谱测试表明,扩散到纤芯中的氧未与Sb芯结合生成Sb2O3晶相。在室温（25°C）时,Sb纤芯复合玻璃光纤的电流-电压曲线呈线性,当温度升高时,其电导率增加,并且随着温度的增加电导率几乎保持不变,未来有望在热传感领域得到应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 复合玻璃光纤的制备方法
•     1.2.1 纤芯熔融法
•     1.2.2 高压化学气相沉积法
•     1.2.3 压力辅助熔体填充法
•   1.3 半导体纤芯复合玻璃光纤的研究现状
•     1.3.1 光电探测
•     1.3.2 中红外传输
•     1.3.3 中红外发光
•     1.3.4 非线性
•     1.3.5 半导体纤芯复合玻璃光纤的新型应用
•     1.3.6 多功能复合材料光纤
•   1.4 本课题研究目的及研究内容
•     1.4.1 研究目的和意义
•     1.4.2 主要研究内容
•   1.5 本课题项目研究来源
• 第二章 实验方法与性能表征
•   2.1 硫系半导体复合玻璃光纤的制备
•   2.2 硫系半导体纤芯样品的制备
•   2.3 硫系半导体复合玻璃光纤的结构与形貌表征
•     2.3.1 X射线衍射
•     2.3.2 显微共聚焦激光拉曼光谱
•     2.3.3 X射线光电子能谱测试
•     2.3.4 光学显微镜测试
•     2.3.5 扫描电子显微镜测试
•     2.3.6 电子探针微区分析测试
•     2.3.7 紫外可见近红外分光光度计
•   2.4 硫系半导体复合玻璃光纤的性能测试
•     2.4.1 光电性能测试
•     2.4.2 热电性能测试
•   2.5 本章小结
• 第三章 GeSe纤芯/硼硅酸盐玻璃包层多功能复合材料光纤
•   3.1 引言
•   3.2 玻璃包层的选择
•   3.3 GeSe原料性质
•   3.4 GeSe纤芯/硼硅酸盐玻璃包层复合材料光纤的制备
•   3.5 复合玻璃光纤的性能与表征
•     3.5.1 复合玻璃光纤的机械性能分析
•     3.5.2 复合玻璃光纤的形貌和元素分析
•     3.5.3 复合玻璃光纤的物相分析
•     3.5.4 复合玻璃光纤的光电性能分析
•     3.5.5 复合玻璃光纤的热电性能分析
•     3.5.6 复合玻璃光纤的压力传感性能测试
•   3.6 本章小结
• 第四章 化合物半导体复合玻璃光纤
•   4.1 Cu-Se纤芯复合玻璃光纤
•     4.1.1 引言
•     4.1.2 原料性质
•     4.1.3 复合玻璃光纤的制备
•     4.1.4 复合玻璃光纤的性能与表征
•   4.2 Ag-Se纤芯复合玻璃光纤
•     4.2.1 引言
•     4.2.2 原料性质
•     4.2.3 Ag-Se纤芯复合玻璃光纤的制备
•   4.3 本章小结
• 第五章 锑纤芯硼硅酸盐玻璃包层复合玻璃光纤
•   5.1 引言
•   5.2 原料性质
•   5.3 锑纤芯硼硅酸盐玻璃包层复合玻璃光纤的制备
•   5.4 复合玻璃光纤的性能与表征
•   5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读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: 刘彧

导师: 钱奇

关键词: 复合光纤,半导体,玻璃,多功能

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 华南理工大学

基金: 国家重点研发计划(2016YFB0402200),国家自然科学基金(U1601205)

分类号: TN253

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001707

总页数: 75

文件大小: 4260K

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