复合材料光纤及后处理技术研究

发布时间：2020-11-11 12:36

　　 随着新型半导体材料的不断涌现和光纤制备工艺的不断发展,集成具有不同的光学、热学、力学和电学等性能材料到光纤中,构成复合材料光纤,已成为光纤研究的一个重要方向,并在光电探测、传感、光开关等领域具有重要的应用前景。硒(Se)和碲(Te)是两种重要的元素半导体,具备许多独特的性能,如光电导性、压电性、高非线性光学响应,对2~12μm光具有高的透过性。因硒和碲能形成良好的晶体固溶体,可按光纤性能需要,制备成任意Se、Te比例的Se/Te芯复合材料光纤。直接制备的Se/Te芯复合光纤纤芯为非晶态,研究对此光纤进行适当的后期处理,以实现光纤纤芯晶化,或纤芯微结构化,如此可提高光纤的光、电性能和传感性能。基于本课题组的光纤方面的技术积累,本研究成功制备出磷酸盐玻璃包层Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯复合光纤。再采用热晶化工艺,提高了光纤在光电导性和压力传感等方面的性能,并探索了利用激光晶化光纤实现纤芯的晶化和结构转变技术。本文主要的研究内容如下:(1)研究了Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯/磷酸盐玻璃包层复合光纤的制备技术:依据光纤匹配性要求,对Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯复合光纤的包层玻璃进行了选择,确定多组分磷酸盐玻璃为匹配的光纤包层材料;熔制了大尺寸磷酸盐玻璃,组装了低损耗复合光纤预制棒;研究了利用熔融纤芯技术拉制复合材料光纤技术,获得了拉制Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯/磷酸盐玻璃包层复合光纤的工艺参数,制备出纤芯直径为45μm,包层外直径为290μm的非晶态Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯复合光纤;由于采用低温光纤拉制技术,较好控制了光纤制备过程中包层氧向纤芯的热扩散,使纤芯区域氧的质量分数仅为3%。(2)研究了热晶化Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯/磷酸盐玻璃包层复合光纤的后处理技术:直接拉制的Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯/磷酸盐玻璃包层复合光纤,纤芯为非晶态。此光纤经150°C下1小时热处理,得到晶态Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯复合光纤。非晶态Se_(0.5)Te_(0.5)芯光纤无光电响应,而晶态Se_(0.5)Te_(0.5)芯光纤在633 nm激光照射下电导率达4.0×10~(-2)Ω~(-1)cm~(-1),是在黑暗条件下光纤电导率的60倍。并且,晶态Se_(0.5)Te_(0.5)芯光纤的电导率展示了应力敏感现象,当晶态Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯光纤受到一个垂直于光纤轴向方向的作用力而发生弯曲变形时,其电导率(9.8×10~(-4)Ω~(-1)cm~(-1))是不受力条件下电导率(5.8×10~(-4)Ω~(-1)cm~(-1))的1.7倍。(3)研究了532 nm激光对非晶态Se_(0.5)Te_(0.5)纤芯/磷酸盐玻璃包层复合光纤纤芯微球化技术:使用250 mW 532 nm激光照射光纤,激光移动速度为2.45 mm/h时,在光纤纤芯空间得到Se_(0.5)Te_(0.5)微球。光纤纤芯中Se_(0.5)Te_(0.5)微球转化的同时,Se_(0.5)Te_(0.5)也从非晶态转变为晶态。先后用氢氟酸和稀盐酸对含有Se_(0.5)Te_(0.5)微球的复合光纤进行腐蚀,成功得到了晶态Se_(0.5)Te_(0.5)合金半导体微球。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33;TN253
【部分图文】：

uctureOpticalFiber，MOF）的发展。随着微结构光纤的将一些新型的材料（一般不用于制备光纤的材料）集成用的材料熔点要低于光纤玻璃的转变温度，才能确保填能顺利地进入微结构光纤中。气相沉积法夕法尼亚州立大学（The Pennsylvania State University）outhampton）的工作人员率先提出，以石英毛细管做反用高压下加热半导体材料，使其沉积并填充满光纤的空晶态 Ge 纤芯复合光纤[42]。沉积过程中，沉积的厚度由高压化学气相沉积法的具体示意图[43]。法的优势在于材料的选择空间大，光纤尺寸可控，并可掺杂的材料，在空芯光纤中形成半导体异质结。

华南理工大学硕士学位论文. J. Russell 团队第一次采用压力辅助熔体填充法将半，制备得到石英玻璃包层半导体 Ge 纤芯复合光纤°C，远低于石英玻璃的转变温度（1330 °C）。只要确熔点，材料熔体状态的粘度系数较低（＜10Pas），不发生反应，这种方法就是可行的。这种方法同样压力辅助熔体填充法的优势在于当填充材料与微结实现复合光纤的成功制备。但缺点也很明显，因设较好的组分复合光纤。

图 1-3 纤芯熔融拉丝法的示意图[46]-3 Schematic diagram of molten core drawing m化工艺的研究背景所述，与非晶态的半导体相比，晶态的半导体方面更具优势。目前，非晶态半导体的性能因器件上的实际应用。为了改变现状，我们可采合光纤的办法直接制备半导体光纤。但是，对非晶半导体纤芯复合光纤。此时，我们需要进能优异的晶态半导体纤芯复合光纤。光纤的后处理技术导体纤芯复合光纤，我们通常采用两种方法：
【参考文献】

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本文编号：2879187