基于納米多孔石英玻璃的摻鐿光纖及其激光性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、光纖激光器由于耦合效率高、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、散熱性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)、科研和國(guó)防等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著光纖激光器輸出功率的不斷攀升,非線性效應(yīng)和熱損傷嚴(yán)重抑制了光纖激光器輸出功率的進(jìn)一步提升;作為光纖激光器的核心器件,大模場(chǎng)光纖對(duì)光纖激光器的激光性能起決定作用,包括斜率效率、光束質(zhì)量和激光輸出功率等。然而,大模場(chǎng)光纖的制備離不開(kāi)大尺寸、高質(zhì)量的摻雜石英玻璃棒。受制于材料,制備工藝,制備設(shè)備等因素,大尺寸摻雜石英

2、玻璃芯棒制備受到限制,這也是限制大模場(chǎng)光纖發(fā)展的關(guān)鍵因素。本論文基于納米多孔石英玻璃制備大尺寸高質(zhì)量的摻Y(jié)b3+石英玻璃芯棒,進(jìn)而拉制大芯徑光纖。從摻雜石英玻璃芯棒制備技術(shù),芯棒測(cè)試分析,摻雜離子濃度調(diào)控,折射率精確調(diào)控,激光性能測(cè)試到光束質(zhì)量評(píng)價(jià),以改進(jìn)并優(yōu)化基于納米多孔石英玻璃的摻雜石英玻璃芯棒質(zhì)量,提升光纖的光學(xué)性能,進(jìn)而為大模場(chǎng)光纖激光器的研究打下基礎(chǔ)。本文首先介紹了基于玻璃分相技術(shù)制備大尺寸高質(zhì)量摻雜石英玻璃芯棒的詳細(xì)流程,然

3、后對(duì)芯棒制備過(guò)程中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行分析?;诟哔|(zhì)量摻Y(jié)b3+石英玻璃芯棒的制備,拉制了摻Y(jié)b3+雙包層光纖及摻Y(jié)b3+光子晶體光纖等多種光纖,并對(duì)所拉光纖的光學(xué)性能及激光特性進(jìn)行測(cè)試分析。
  在摻 Yb3+石英玻璃芯棒制備方面,本文首先對(duì)納米多孔石英玻璃的一些優(yōu)良的物理和化學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。然后介紹了基于納米多孔石英玻璃棒制備摻鐿石英玻璃芯棒的方法,并重點(diǎn)分析了芯棒制備過(guò)程中幾個(gè)重要環(huán)節(jié),比如熱處理分相,熱酸浸析,除羥基,燒

4、結(jié)工藝等等。通過(guò)對(duì)芯棒制備工藝的不斷改進(jìn)和完善,對(duì)除水燒結(jié)設(shè)備的升級(jí),已經(jīng)能夠制備基于納米多孔石英玻璃的性能優(yōu)良的摻 Yb3+石英玻璃芯棒。
  在光纖制備方面,基于摻鐿石英玻璃芯棒,首先制備了30/400μm和80/400μm兩種規(guī)格的普通雙包層光纖,都實(shí)現(xiàn)了激光輸出,斜率效率最高達(dá)到72.8%。光纖長(zhǎng)度最短只用了55 cm,纖芯均勻性非常好。其次,基于高質(zhì)量的摻鐿石英玻璃芯棒,制備了摻鐿雙包層光子晶體光纖,并得到了1035nm

5、激光輸出。再次,制備了Yb3+/Tb3+摻雜石英玻璃光纖,觀察到了非常強(qiáng)的543 nm綠光。基于納米多孔石英玻璃的Yb3+/Tb3+共摻石英玻璃光纖在實(shí)現(xiàn)綠光光纖激光方面具有很大潛力。
  纖芯折射率調(diào)控方面,大模場(chǎng)光纖纖芯直徑增大以后,需要更小的纖芯數(shù)值孔徑來(lái)維持較高的光束質(zhì)量。因此,大芯徑,高摻雜,低數(shù)值孔徑的石英玻璃芯棒對(duì)實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)單模運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要?;诩{米多孔石英玻璃芯棒,在高摻雜的情況下,同時(shí)引入F-和B3+兩種離子調(diào)節(jié)

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