碲酸盐玻璃及其微结构光纤的超连续特性研究

发布时间：2020-11-12 22:32

　　 超连续谱具有输出光谱宽、亮度高和稳定性好等优点,近年来由于其在光谱学,光学相干层析和光学测量等多个领域的潜在应用而成为热门话题。为了实现光谱展宽并产生新的频率分量,需要一种具有高非线性,低线性和非线性损耗的材料。碲酸盐玻璃具有宽的红外透射窗、高非线性系数和超快的光学响应时间,这些优异的光学性能其成为中红外超连续谱产生的理想选择。本文通过调研目前常用于产生超连续的材料,设计了碲酸盐玻璃组分,并将其成功制备。对碲酸盐材料进行了一系列的测试,同时完成了碲酸盐光纤的超连续研究。具体工作如下:1、研究碲酸盐玻璃的组分设计和制备工艺,制备三种组分的碲酸盐玻璃材料,并对制备出样品的性能指标进行测试。测得样品透射光谱平坦,三种样品的透过率都超过了80%,所测玻璃样品的透射光谱中均没有明显的氧化物杂质吸收峰。以制备出的碲酸盐玻璃为材料搭建光路进行超连续实验,得到碲酸盐玻璃材料的超连续展宽情况,为下一步利用碲酸盐玻璃光纤进行超连续实验做准备。2、研究碲酸盐玻璃的三阶非线性。对三阶非线性测试的基本理论进行研究,进而搭建实验装置进行三阶非线性测试,实验得到碲酸盐玻璃样品的三阶非线性折射率n_2约为5.9×10~(-19)m~2∕W,非线性吸收系数β=1×10~(-11)m/W。对材料非线性系数的研究是玻璃材料进行超连续实验十分重要的一环,为后续超连续实验夯实基础。3、通过COMSOL Multiphysics软件对碲酸盐玻璃光纤进行超连续谱仿真。通过波导设计得到单模光纤的模场分布图,通过改变一定的参数,如泵浦光源的峰值功率和脉冲宽度、光纤的长度等,得到改变参数与超连续谱之间的关系。将实验中获得的碲酸盐玻璃拉制为光纤,得到纤芯直径为190μm-360μm的光纤,并对光纤端面进行处理,为碲酸盐光纤进行超连续实验做好铺垫。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN253
【部分图文】：

业学位硕士研究生学位论文 第型光纤，由于其制备工艺简单成熟，仍被诸多科研人员研究。2014 年制备出纤芯为 As2Se3玻璃的阶跃型硫系光纤[8]，采用工作波长分别为宽度为 100fs、峰值功率为 2.29MW、频率为 1KHZ 的激光器抽运 85m了强度动态范围为±40dB、波长范围为 1.5-11.7μm、1.4-13.3μm 的 。

图 1.1 不同波长抽运条件下的 As2Se3光纤 SC 输出（a）4.5μm;（b）6.3μm通过改变普通光纤的直径，微结构光纤的光纤结构（包括空纤芯直径等）来调节光纤的色散和非线性系数，同时由于光纤光密度增强，使得超连续谱的转换效率和非线性效应都会增和包层直径分别为 103μm 和 207μm 的 As2Se3光纤[10]，通过μm。输入脉冲的工作波长为 3.4μm、脉宽为 100fs、峰值功率.5～4.8μm 的 SC 输出，如图 1.2 所示。

获得了平均功率为 1.56mW、覆盖 1.7-7.5μm 波段的 SC 输出，如上图1.3 所示。图 1.3 (a) 扫描电子显微镜图；(b) 纤芯放大图；(c) 4.4μm 激光抽运产生的 SC 输出碲酸盐材料的超连续谱研究材料的高非线性系数，是其用于产生超连续谱的重要条件之一。对石英玻璃进行超连续谱研究来说主要有以下两个瓶颈：首先，石英玻璃的非线性折射率为 2.2×10-20m2/W，想要对其进行大幅度的提高很难实现。其次，传统的石英玻璃在中红外波段吸收很强。这两个致命弱点限制了传统石英玻璃在超连续谱上的进一步发展。近年来，由非石英玻璃或者加入一些金属元素制备的软玻璃光纤，打破了传统石英玻璃在中红外波段的强吸收这一局限，其非线性折射率系数相较于传统石英玻璃也有大幅度的提高，因此利用非石英玻璃来产生超连续谱成为近些年超连续研究的热点[12]。表 1.1 列举了各种非石英玻璃的一些参数。由表中数据可以看出，软玻璃的非线性折射率很高，非常适合用于产生超连续谱。与其他玻璃的非线性折射率相比，硫系玻璃优势明显，但是其损伤阈值相对较低，对于用于产生超连续的激光器的峰值功率与平均功率的要求更高。氟化物玻璃的研究和制备工艺已经十分成熟，其光纤的损伤阈值高即能承受的泵浦功率相应比较大，这对于产生超连续谱来说，意味着得到的超连续谱功率更高、光谱展宽也更宽，但最大的问题是它的化学稳定性不强，不利于我们进行实验制备。与氟化物玻璃非线性折射率相比，碲酸盐玻璃高出了一个数量级，且化学稳定性更好在制备等方面相对比较容易。与硫
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本文编号：2881319