新型磷酸盐微结构光纤探索

论文摘要

信息化的飞速发展以及新型光学器件的出现,对光纤以及光纤器件性能提出了更高要求。比如,高功率激光系统要求光纤结构利于提升泵浦效率、降低光纤辐照损伤;相干光通信要求光纤具有保偏性能;而调制器、光开关和变频器等光学器件又要求光纤具有较高的非线性光学效应。传统的单包层光纤已不能满足这些需求。为满足这些需求,本课题研制了三种新型微结构磷酸盐玻璃光纤。取得结果如下:（1）首先探索了铒镱共掺磷酸盐双包层光纤的制备过程。研究了铒镱共掺磷酸盐玻璃的发光性能,确定了Er2O3和Yb2O3的最佳掺杂量分别为1 mol%和2 mol%。然后通过纤芯大块玻璃的熔制以及冷加工,最后在拉丝塔上拉制出直径1.4-1.6 mm的纤芯棒,其Er3+离子掺杂浓度达到1.184×1020cm-3,Yb3+离子掺杂浓度达到2.368×1020cm-3。（2）研究了不同含量的BaO以及氟化物对磷酸盐玻璃物理化学和热学性能的影响。结果表明,随着玻璃中BaO含量的增加,玻璃的密度、强度、折射率、Tg、Tf等性能逐渐增大,玻璃热膨胀系数降低,玻璃机械性能和热性能得到改善,玻璃的网络结构加强。而在磷酸盐玻璃中添加氟化物（KF、CaF2、BaF2）,由于F-离子对玻璃网络结构的弱化作用,玻璃结构变得松散,玻璃机械性能及化学稳定性都变差,不适用于光纤的制备。最后优化了磷酸盐玻璃的物理化学性能和热性能,并确定了光纤内外包层的配方,分别为56.7P2O5-10.5K2O-4Al2O3-4.2La2O3-22.6BaO和64.5P2O5-13K2O-12CaO-2.5Al2O3-8B2O3。（3）优化了大块磷酸盐玻璃熔制工艺,包括熔融、通气、除水等,制备了无气泡、无条纹、均匀度较好和羟基含量低(1.16×1019cm-3)的激光大块玻璃。采用管棒法制备了双包层光纤预制棒,并在拉丝塔上拉制了铒镱共掺磷酸盐双包层光纤,其纤芯直径是78-81μm,NA为0.053,内包层277-282μm,NA为0.356,外包层1483-1518μm。测试得到双包层光纤在1310 nm处的损耗为7.15 dB/m,对976 nm泵浦光的吸收系数可达253.9 dB/m。测试磷酸盐双包层光纤激光性能,可以看到光纤在1.5μm处具有Er3+离子的放大自发辐射,其强度随着使用双包层光纤的长度先增强后减弱,长度为7.5 cm时强度最强。（4）探索了铒镱共掺保偏光纤制备过程。设计了保偏光纤预制棒的尺寸和结构,并通过管棒法加工了保偏光纤预制棒,在拉丝塔上拉制了铒镱共掺磷酸盐保偏光纤。（5）探索了非线性光纤的制备。采用溶胶-凝胶法和静电喷雾法相结合的方法制备了Ba2TiSi2O8纳米颗粒。Ba2TiSi2O8颗粒整体呈圆球形,分散性好,具有高结晶度和空心的结构。通过1064 nm的皮秒激光器的激发,测得Ba2TiSi2O8颗粒具有倍频效应。后续,Ba2TiSi2O8颗粒将被掺杂在磷酸盐玻璃中制备非线性光纤。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 光纤玻璃基质的选择

1.3 铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤的概述

3+和Yb³⁺离子间的相互作用'> 1.3.1 Er³⁺和Yb³⁺离子间的相互作用

1.3.2 铒镱共掺磷酸盐光纤的泵浦方式选择

1.3.3 铒镱共掺磷酸盐光纤的研究进展

1.4 保偏光纤的概述

1.5 非线性光纤概述

1.6 本课题研究的目的和项目来源

1.6.1 本课题研究的目的和意义

1.6.2 本文的主要研究内容

1.6.3 本课题研究来源

第二章磷酸盐玻璃样品的制备和测试

2.1 磷酸盐玻璃样品制备

2.2 玻璃物理化学性能测试

2.2.1 玻璃密度测量

2.2.2 玻璃维氏硬度测试

2.2.3 玻璃折射率测试

2.2.4 玻璃抗析晶性能测试

2.2.5 玻璃膨胀系数测量

2.2.6 稀土离子掺杂浓度计算

2.2.7 玻璃的化学稳定性测试

2.3 玻璃光学性能测试

2.3.1 吸收光谱测试

2.3.2 发光光谱和发光寿命测试

2.3.3 拉曼光谱和红外光谱测试

第三章磷酸盐玻璃性能的优化研究

3.1 磷酸盐纤芯玻璃的性能研究

3.1.1 双包层光纤纤芯玻璃样品制备

3.1.2 纤芯玻璃光学性能

3.1.3 纤芯玻璃棒热性能

3.1.4 纤芯玻璃棒物理性能

3.2 铒镱共掺双包层光纤的内包层玻璃配方探索

3.2.1 内包层磷酸盐玻璃样品制备

3.2.2 内包层玻璃性能

3.2.3 内包层玻璃热性能

3.3 铒镱共掺双包层光纤外包层玻璃配方探索

3.3.1 外包层玻璃样品制备

3.3.2 外包层玻璃样品物理化学性能

3.3.3 玻璃化学稳定性

3.3.4 拉曼光谱分析

3.3.5 氟化物对磷酸盐玻璃性能的影响

3.3.6 外包层玻璃配方的确定

3.4 本章小结

第四章磷酸盐双包层光纤制备

4.1 磷酸盐大块玻璃的熔制工艺探索

4.1.1 磷酸盐大块玻璃除水工艺探索

4.1.2 内外包层大块玻璃性能

4.2 铒镱共掺磷酸盐双包层光纤预制棒的加工

4.3 铒镱共掺磷酸盐双包层光纤制备及表征

4.3.1 铒镱共掺磷酸盐双包层光纤制备

4.3.2 铒镱共掺磷酸盐双包层光纤性能

4.3.3 铒镱共掺磷酸盐双包层光纤的激光性能

4.4 本章小结

第五章铒镱共掺磷酸盐保偏光纤的制备与二阶非线性光纤的探索

5.1 铒镱共掺磷酸盐保偏光纤的研制

5.1.1 磷酸盐保偏光纤预制棒的结构设计

5.1.2 保偏光纤的制备

5.2 非线性光纤的探索

5.2.1 二阶非线性纳米颗粒的制备

5.2.2 纳米颗粒性能表征

5.2.3 下一步工作计划

5.3 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: 李景明

导师: 彭明营,蔡飞虎

关键词: 磷酸盐玻璃,双包层光纤,保偏光纤,非线性光纤

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: 教育部装备预研青年人才基金项目(6141A020332),国家自然科学基金优秀青年基金(No.51322208),教育部“创新团队发展计划”(No.IRT_17R38)

分类号: TN253

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.003730

总页数: 90

文件大小: 4185K

下载量: 83

新型磷酸盐微结构光纤探索

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢