氟掺杂大芯径能量光纤组织结构及性能研究

发布时间：2020-07-17 12:04

【摘要】：大芯径能量光纤是一种不同于常规通信用光纤的特种光纤,可广泛应用于激光医疗、军事、工业加工、太阳能利用等领域,具有广阔的应用前景。目前尽管中国已是光纤出口大国,但在大芯径能量光纤方面因技术涉及军事和激光核物理等敏感领域,其关键核心技术遭到了国外的封锁,国内使用的大芯径能量光纤产品全部依赖国外进口。为自主研发高性能大芯径能量光纤,本论文对包层氟掺杂对自制光纤预制棒和大芯径能量光纤的影响、自制大芯径能量光纤与国外产品的比较及自制大芯径能量光纤的稳定性进行了深入的分析研究。研究了氟掺杂包层对光纤预制棒和大芯径能量光纤组分和结构性能的影响。通过对(OVD+MCVD)两步法制备的氟掺杂光纤预制棒和不同氟含量掺杂对大芯径能量光纤结构、组分及传输性能的研究表明,不同光纤预制棒的生产工艺、成分及相应的拉制工艺对光纤结构形貌及性能具有重要的影响。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获得了氟掺杂包层与纤芯界面匹配较好的光纤预制棒,拉制的包层氟含量为1.25 wt%相比氟含量为0.52 wt%的光纤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。对于不同来源的大芯径能量光纤产品进行了深入的比较分析。光纤包层表面组分测量表明,除自制光纤包层氟掺杂量相对略少外其他组分比较接近。而且SEM照片显示自制光纤包层表面光滑均匀,截面未出现包层与芯层台阶。光纤的传输损耗谱显示,自制光纤在850 nm第一窗口2 dB/km的传输损耗已达到国外同类型产品的较好水平,而且通过比较光纤包层氟掺杂含量与传输损耗系数的关系得出,在第一传输窗口光纤包层氟掺杂的最佳含量在1.85 wt%左右。对自制大芯径能量光纤的稳定性做了细致的分析研究。-100~100℃范围内的光纤冷热实验表明,大芯径能量光纤在第一窗口的传输损耗系数随温度在2.543~4.237 dB/km范围内呈波动性变化,而且在-75℃~60℃范围内传输损耗系数较为稳定,超出此范围有相对较大的起伏。另外经冷热实验后的光纤,其在室温下测得的传输损耗系数在前5天有较大起伏,5天后测得的数值趋于稳定。此外针对自制光纤的结构参数,电子的辐照模拟实验表明,入射电子能量分别小于85 KeV,93 KeV,260 KeV时,电子能量完全分布在光纤涂覆层中、刚好达到纤芯处、95%入射电子能量沉积在纤芯和包层处,当入射电子能量达到1 MeV时,电子可穿透能量光纤。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

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本文编号：2759413