大芯径能量光纤材料分析与性能研究

发布时间：2017-10-09 17:40

  本文关键词：大芯径能量光纤材料分析与性能研究

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【摘要】：大芯径能量光纤作为新一代信息与能量传输媒介,相对单模光纤而言其传播模式为多种模式传播、纤芯尺寸较大、光耦合难度相对单模光纤而言较容易,但是其缺点为传输损耗系数较大、生产制备工艺相对较难等。相比小芯径单模石英光纤而言,大芯径能量光纤能够传输更多能量,在高能量传输领域具有重要的应用前景,尤其在激光传输等领域,越来越引起科研工作者的关注。为促进我国大芯径能量光纤产业的发展作为“863”项目的子课题,本论文主要研究内容包括:对比分析五种大芯径能量光纤成分以及分析通过两步法制备的氟掺杂光纤预制棒成分、不同氟含量掺杂对大芯径能量光纤传输性能的影响作为出发点,着重分析成分以及不同光纤预制棒生产工艺及相应拉制工艺对光纤形貌及性能的影响。结果表明不同光纤生产工艺生产的大芯径能量光纤对裸光纤表面以及断面有明显的影响,并且对于(OVD+MCVD)两步法生产工艺生产的大芯径能量光纤通过调整反应原料配料比、蒸发压力、靶棒的移动速度以及修正系数等生产工艺参数也同样影响着光纤形貌与性能;包层氟含量为1.25%相比包层氟含量为0.52%可明显减少光纤预制棒制备过程中所产生以及吸附的水分子和光纤存在水峰值,并且降低光纤玻璃网络的应变键进而提高了光纤传输损耗性能。针对大芯径能量光纤在特殊环境下的应用,尤其是在辐照环境、高低温温差相对较大的环境下的应用,结合高低温循环设备,着重研究了高低温循环对国产大芯径能量光纤传输损耗系数的影响规律,探讨了在高低温循环下大芯径能量光纤传输损耗机理进行探讨。实验利用相关高低温设备通过测试大芯径能量光纤在-100℃~100℃温度范围内光纤透过率的变化状况,进而研究温度对大芯径能量光纤传输损耗的影响。实验结果表明大芯径能量光纤在光纤常用第一窗口(850nm波段)传输损耗系数随着温度的变化呈波动性变化,并且在整个温度区间内其传输损耗系数在2.543dB/km到4.237dB/km范围内波动;研究还发现,经过高低温循环实验测试后,光纤纤芯与包层处未产生顺磁性缺陷,这说明在此温度范围内光纤化学键(O-Si-O)未发生断键情况;最后通过建立相关模型解释光纤在高低温循环实验所产生的传输损耗的机理。针对辐照模拟实验,利用CASINO软件模拟电子在光纤中的能量分布状况,最终确定大芯径能量光纤辐照能量方案为93KeV以及260KeV。
【关键词】：大芯径能量光纤 成分分析 高低温测试 辐照模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 大芯径能量光纤研究进展10-16
• 1.2.1 大芯径能量光纤稳定性国外研究进展11-14
• 1.2.2 大芯径能量光纤稳定性国内研究进展14-16
• 1.3 大芯径能量光纤概述16-23
• 1.3.1 大芯径能量光纤分类16-17
• 1.3.2 大芯径能量光纤的生产工艺17-21
• 1.3.3 大芯径能量光纤损耗产生的原因21-23
• 1.4 大芯径能量光纤应用场合23-24
• 1.5 文章研究的内容24-25
• 第2章 大芯径能量光纤制备及表征方法25-30
• 2.1 大芯径能量光纤工作机理以及制备技术25-27
• 2.2 表征手段以及设备27-30
• 2.2.1 扫描电子显微镜测试27
• 2.2.2 热重分析（TGA）27-28
• 2.2.3 电子顺磁共振（EPR）28-29
• 2.2.4 X射线光电子能谱仪（XPS）29
• 2.2.5 AvaSpec-2048XL型光纤光谱仪29-30
• 第3章 大芯径能量光纤成分以及结构分析30-43
• 3.1 自制掺氟光纤预制棒成分分析30-31
• 3.2 大芯径能量光纤成分分析31-40
• 3.2.1 五种不同大芯径能量光纤表面及断面形貌分析32-34
• 3.2.2 光纤样品的表面EDS能谱分析34-36
• 3.2.3 五种不同大芯径能量光纤EPR电子顺磁共振分析36-37
• 3.2.4 五种不同的大芯径能量光纤截面XPS能谱分析37-39
• 3.2.5 三种光纤生产工艺对传输损耗性能的影响39-40
• 3.3 氟掺杂对大芯径能量光纤传能性能的影响40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 大芯径能量光纤稳定性能研究43-56
• 4.1 大芯径能量光纤高低温实验装置以及材料参数43-44
• 4.2 高低温实验温度设置与数据采集44-45
• 4.3 大芯径能量光纤高低温实验结果与讨论45-53
• 4.3.1 大芯径能量光纤第一常用窗口 850nm波段传输损耗分析46-51
• 4.3.2 大芯径光纤室温退火效应51-53
• 4.4 大芯径能量光纤电子辐照模拟53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-63
• 攻读学位期间发表的学术论文及申请专利63-65
• 致谢65

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