低零色散点硫系光纤研制及其超连续谱研究

论文摘要

超连续谱光源具有频谱范围宽、空间相干性强和亮度高等特点,可以广泛应用在国防、医学及科研等相关领域。同时在中红外波段,因其覆盖了绝大部分分子指纹吸收区,所以,在环境监测、气体分子检测等领域也有很重要的应用前景。国际上关于硫系光纤在中红外激光器泵浦下实现的超连续谱输出的研究已经达到了非常高的水平,已报道的阶跃型光纤包括As2Se3、As2S3、Ge As Se、Ge Te-Ag I等采用长波光学参量放大（OPA）激光器脉冲泵浦。但是OPA体积庞大,不利于器件的便携和集成。通过微结构设计或者拉锥实现硫系光纤ZDW波长蓝移来适应短波长可便携商用激光器（如2μm锁模光纤激光器）泵浦,从而实现全光纤化的硫系红外SC谱光源。考虑到硫系微结构光纤实际制备难度太大,而且仅凭结构色散很难将ZDW波长迁移至2.0μm以下,拉锥光纤机械强度较低而且SC谱输出较窄。本文着眼于材料色散,首次提出材料色散调控的具体方法,即利用低色散的卤化物（Cs I）组分,调控Ge-Ga-Se基质的硫卤（硫系和卤化物）玻璃,对比了（Ge Se2）55-（Ga2Se3）25-（Cs I）20和（Ge Se2）36-（Ga2Se3）24-（Cs I）40两种玻璃的物化性能和红外光学特性,并对Ge-Ga-Se-Cs I玻璃的制备工艺进行了研究,对比了提纯工艺对玻璃红外透过光谱的影响,然后采用塞米尔方程（Sellmeier）拟合了两种玻璃的材料色散,研究材料组分对色散调控的具体作用,通过去皮挤压法挤压出硫卤光纤预制棒,最后利用聚合物的保护对两种玻璃进行光纤拉丝实验,验证了这两种硫卤玻璃的成纤性能,并对其进行了超连续谱测试实验,为实现全光纤化红外SC光源以及促进红外光学发展有着非常重要的作用。本文第一章为绪论,简要介绍了中红外超连续谱,回顾了近年来关于软玻璃的超连续谱研究现状并重点介绍了硫系光纤的红外超连续谱研究进展,并提出了本工作的研究内容。第二章介绍了硫卤玻璃的基本理论,研究了几种硫卤玻璃体系及其结构模型,探讨硫卤玻璃的一些基本性质,发现这种玻璃体系可能满足低色散硫系玻璃的要求。第三章主要介绍了低色散硫系光纤的制备方法,以及各项性能测试和方法,包括玻璃和光纤预制棒的制备、光纤拉制、玻璃的热学性能、红外透过光谱、折射率和光纤损耗以及超连续谱测量方法等。第四章研究了Ge-Ga-Se-Cs I硫卤玻璃的热学性能,探索进一步的光纤制备的可能性,通过对原料的蒸馏提纯以及熔制曲线的改进,分析了硫卤玻璃的透过曲线,通过测试和模拟计算获得玻璃的折射率,并对折射率进行模拟计算研究硫卤玻璃的材料色散,最后对硫卤玻璃的激光损伤阈值进行测试分析。第五章针对硫卤玻璃的特性研究了一种创新的去皮隔离挤压法,制备了硫卤光纤预制棒并通过多次拉丝实验找到合适的聚合物保护,接着对光纤损耗进行了分析说明,最后采用OPA泵浦,获得较宽的超连续谱,并尝试了光纤激光器泵浦,对实现全光纤化红外SC光源以及促进红外光学发展有着非常重要的意义。最后一部分为结论,总结了本论文所取得的主要研究成果,并对研究过程中的不足和在以后的工作中需要深入探讨的问题进行了简要说明。

论文目录

引言

1 绪论

1.1 中红外超连续谱概述

1.2 硫系光纤超连续谱研究进展

1.2.1 硫系阶跃型光纤超连续谱输出

1.2.2 硫系微结构光纤超连续谱输出

1.2.3 硫系拉锥光纤超连续谱输出

1.3 论文研究内容

1.3.1 高纯低色散硫系玻璃的制备

1.3.2 玻璃性能测试和色散计算模拟

1.3.3 光纤制备工艺研究

1.3.4 光纤的性能测试

2 低色散硫系玻璃的基本理论

2.1 硫卤玻璃

2.2 硫卤玻璃体系及其性质

2.2.1 S基硫卤玻璃体系

2.2.2 Se基硫卤玻璃体系

2.3 本章小结

3 实验

3.1 硫卤玻璃制备

3.1.1 石英管及原料预处理

3.1.2 抽真空及玻璃提纯

3.1.3 原料蒸馏及玻璃熔制

3.2 光纤制备

3.2.1 预制棒制备

3.2.2 光纤制备

3.3 玻璃及光纤性能测试

3.3.1 热学性能测试

3.3.2 折射率测试

3.3.3 可见-近红外光谱（VIS-NIR）测试

3.3.4 红外透过光谱（FTIR）测试

3.3.5 光纤损耗测试

3.3.6 超连续谱测试

3.4 本章小结

4 Ge-Ga-Se-CsI玻璃体系研究

4.1 引言

4.2 Ge-Ga-Se-CsI玻璃性能分析

4.2.1 玻璃的热学性质

4.2.2 玻璃提纯工艺

4.2.3 提纯工艺对玻璃红外透过光谱的影响

4.2.4 玻璃红外透过谱

4.2.5 玻璃折射率和材料色散模拟分析

4.2.6 玻璃非线性和激光损伤阈值

4.3 本章小结

5 Ge-Ga-Se-CsI光纤性能分析

5.1 引言

5.2 阶跃光纤的设计与制备

5.3 光纤的结构参数和光纤传输损耗测试

5.4 光纤超连续谱测试

5.5 本章小结

6 全文总结

参考文献

在学研究成果

致谢

Abstract of Thesis

摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈朋

导师: 徐铁峰,王训四

关键词: 硫卤光纤,色散调节,低零色散点波长,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

基金: 国家自然科学基金(61377099,61705091),浙江省“信息与通信工程”重中之重学科开放基金(xkxl1508),浙江省光电探测材料及器件重点实验室开放基金(2017004),嘉兴市科技局项目(2017AY13010)

分类号: TN253;TQ171.1

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000542

总页数: 64

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