高掺镱双包层磷酸盐光纤的制备与研究
发布时间：2021-01-14 22:59
相较于其它稀土掺杂光纤,掺镱光纤拥有很宽的吸收、发射截面,且量子转换效率高,将双包层结构的掺镱光纤作为光纤激光器的增益介质,可使激光器的输出功率或脉冲能量得到显著提高,在高功率激光器领域得到了广泛应用,近20年来更是取得了迅速的发展。在本论文中,主要概述了高掺镱双包层光纤的优点、工作原理及近年来国内外的发展状况,并成功制备了高掺镱双包层磷酸盐光纤和掺镱磷酸盐保偏光纤,具体的研究内容和取得的研究成果如下:一、研究了磷酸盐玻璃稀土离子高浓度均匀掺杂技术,提高了磷酸盐芯玻璃的稀土离子掺杂浓度,其中Yb3+离子掺杂浓度大于5 wt%。二、研究与解决了磷酸盐玻璃除水难题。分析了磷酸盐玻璃熔制过程中羟基（OH-）含量对磷酸盐玻璃光学性能的影响,通过研究化学反应动力学过程和设计除水方案,改进了熔制磷酸盐玻璃时的除水工艺。采用反应气氛法作为除水方案,实现了高品质大块磷酸盐玻璃的熔制,其OH-基在2880 cm-1处的吸收系数小于1 cm-1。三、研究了磷酸盐玻璃光纤拉丝技术。基于光纤波导理论,...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Yb3+能级结构，左为基本结构，右为精细结构
图 2-2 不同基质掺杂光纤中镱离子的吸收和发射截面。（a）石英基质光纤，（b）磷酸盐基质光纤[57]Fig.2-2 Absorption and emission cross sections of the Yb3+ions in different host materials. (a)silicon glass fiber, (b) phosphate glass fiber[57]镱离子多个子能级的结构，让镱离子的能级在常温时无法同时发生跃迁，且当镱离子掺入不同基质的玻璃时，能级结构会发生轻微的改变。如掺入磷酸盐基质时，2F5/2和2F7/2两个能级的 Stark 分裂值为 553，780 cm-1；而掺入硅酸盐基质时，两个能级的 Stark分裂值为 638，900 cm-1[57]。因此镱离子在不同基质中的吸收、发射光谱不尽相同。如图 2-2，在硅酸盐基质中，915 nm 和 975 nm 是镱离子的 2 个主要吸收峰，975 nm 处的吸收峰远大于 915 nm 处的吸收峰，但 915 nm 处的吸收谱较前者更宽，且镱离子的发射峰分别为 975 nm 和 1036 nm；而在磷酸盐基质中，镱离子的主要吸收峰为 925 nm 和 975nm，发射峰分别为 975 nm 和 1015 nm，是激光器的常用波段。因为镱离子特殊的能级结构，即使在基质中高浓度掺杂也不会引起浓度猝灭现象，
华南理工大学硕士学位论文磷酸盐具有很强的吸水性，普通的磷酸盐玻璃暴露于空气中很容易发生潮解。在玻璃熔融的过程中虽然已经通过高温蒸发去除了绝大部分的水，但在玻璃的结构中，还会有部分水以羟基（OH-）的形式残留于玻璃结构中。在近中红外波段，羟基会产生很强的吸收效应，与玻璃中掺杂的镱离子相互影响，因为羟基的基本震动频率远高于镱离子轻微的声子震动就会致使镱离子发生非辐射跃迁，使激光玻璃的性能严重下降[59]。同时玻璃中残留的羟基，还会使磷酸盐玻璃中存在数量庞大的非桥氧，导致玻璃的结构变得松散，引起一系列不利的变化，如密度降低，物化性能变差等。为了减少玻璃中的羟基含量，需要在玻璃熔制过程中加入除水工艺，常见的方法有RAP 反应气氛法，通入纯氧法和高温热处理等。
本文编号：2977711
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Yb3+能级结构，左为基本结构，右为精细结构
图 2-2 不同基质掺杂光纤中镱离子的吸收和发射截面。（a）石英基质光纤，（b）磷酸盐基质光纤[57]Fig.2-2 Absorption and emission cross sections of the Yb3+ions in different host materials. (a)silicon glass fiber, (b) phosphate glass fiber[57]镱离子多个子能级的结构，让镱离子的能级在常温时无法同时发生跃迁，且当镱离子掺入不同基质的玻璃时，能级结构会发生轻微的改变。如掺入磷酸盐基质时，2F5/2和2F7/2两个能级的 Stark 分裂值为 553，780 cm-1；而掺入硅酸盐基质时，两个能级的 Stark分裂值为 638，900 cm-1[57]。因此镱离子在不同基质中的吸收、发射光谱不尽相同。如图 2-2，在硅酸盐基质中，915 nm 和 975 nm 是镱离子的 2 个主要吸收峰，975 nm 处的吸收峰远大于 915 nm 处的吸收峰，但 915 nm 处的吸收谱较前者更宽，且镱离子的发射峰分别为 975 nm 和 1036 nm；而在磷酸盐基质中，镱离子的主要吸收峰为 925 nm 和 975nm，发射峰分别为 975 nm 和 1015 nm，是激光器的常用波段。因为镱离子特殊的能级结构，即使在基质中高浓度掺杂也不会引起浓度猝灭现象，
华南理工大学硕士学位论文磷酸盐具有很强的吸水性，普通的磷酸盐玻璃暴露于空气中很容易发生潮解。在玻璃熔融的过程中虽然已经通过高温蒸发去除了绝大部分的水，但在玻璃的结构中，还会有部分水以羟基（OH-）的形式残留于玻璃结构中。在近中红外波段，羟基会产生很强的吸收效应，与玻璃中掺杂的镱离子相互影响，因为羟基的基本震动频率远高于镱离子轻微的声子震动就会致使镱离子发生非辐射跃迁，使激光玻璃的性能严重下降[59]。同时玻璃中残留的羟基，还会使磷酸盐玻璃中存在数量庞大的非桥氧，导致玻璃的结构变得松散，引起一系列不利的变化，如密度降低，物化性能变差等。为了减少玻璃中的羟基含量，需要在玻璃熔制过程中加入除水工艺，常见的方法有RAP 反应气氛法，通入纯氧法和高温热处理等。
本文编号：2977711
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2977711.html
