石英光纤缺陷相互作用的机制研究
发布时间：2021-03-10 17:34
石英光纤材料是许多技术领域的关键材料,广泛应用于高功率激光器以及微电子和光电器件。其性能往往会受到光纤材料中存在的各种本征点缺陷如氧空位中心（ODC）、过氧链缺陷（POL）、E’色心等缺陷的制约;而且在其制造过程中常常引入H、F等掺杂缺陷也可能影响其性能。所以研究外来引入粒子与本征点缺陷的相关反应机制以及钝化机制对于石英光纤的更好应用有着重要的意义。本文系统介绍了基于第一性原理方法的密度泛函理论对石英光纤模型中的本征点缺陷性质、掺杂缺陷性质以及本征点缺陷与常见非金属掺杂粒子间的反应路径以及钝化作用,对提高石英光纤材料的的抗辐射强度具有重要意义。本文研究的主要内容如下所示:（1）基于第一性原理的密度泛函理论,研究过氧链缺陷（POL）与掺杂粒子H在分别在基态或者三重态下的不同反应机制。由此得到其不同的稳定反应构型。应用GW+BSE方法计算缺陷结构的相关光电性质。研究结果中我们给出了在不同条件下过氧链缺陷的不同反应机制和具体反应产物的原子结构变化、光学吸收谱、电子结构等性质。（2）研究氧空位缺陷ODC（I）的原子结构,电子结构和光学性质以及ODC（I）与氢、氟掺杂缺陷的相关性质。通过分析不同...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１石英光纤材料应用分布图??如图１－２所示，在石英光纤的制作过程中往往可能引入掺杂缺陷和本征点缺??陷这两类缺陷，对于掺杂粒子缺陷，常见的包括金属杂质元素Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ等，??
第一章绪论??１．１石英光纤材料的研究背景??随着现代通信技术的飞速发展，如图１－１所示，石英光纤被广泛应用于各个??通信领域以及微电子或光电器件领域，如金属氧化物半导体（ＭＯＳ）器件，硅基??光学器件和高功率光纤激光器，石英光纤的抗辐射性能越来越受到重视。石英光??纤作为一种抗辐射特性较好的材料而被广泛关注，尤其在辐射环境下，光纤材料??的网格结构易造成损伤，导致光在光纤中的传输性能发生变化。一般来说对于石??英光纤材料，在高功率激光下导致激光损伤出现的主要因素有以下几点：（１）石??英光纤材料中的本征点缺陷；石英光纤材料中的本征缺陷主要包括氧空位中心??（ＯＤＣ）、过氧链缺陷（ＰＯＬ）、Ｅ，色心、非桥氧缺陷中心（ＮＢＯＨＣ）、过氧自由??基（ＰＯＲ）等；（２）掺杂缺陷：在制造过程中引入的金属或者非金属粒子；（３）??形貌损伤：如裂纹等表面缺陷；以上缺陷在受到如激光辐照下会吸收能量导致对??光纤材料的破坏。所以研究这些缺陷对于石英光纤性能的影响就显得尤为重要了。??＼?ｈ?Ｆｉｂｅｒ－ｒｅ，ａｔｅｄ??‘?’?＼?Ｈｉｇｈ?Ｐｏｗｅｒ??Ｌａｓｅｒ?Ｃｌｅａｎｉｎｇ?石英光纤?Ｆｉｂｅｒ?Ｌａｓｅｒ??ｍｍｍ?ｒｍ?ＨｉｇｈＤａｍａｇｅ??Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｆｉｂｅｒ?「＇?ＩＴｈｒｅｓｈｏｌｄ?Ｄｅｖｉｃｅｓ?Ｌａｓｅｒ?Ｍｅｄｉｃａｌ??Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?Ｄｅｖｉｃｅｓ??图１－１石英光纤材料应用分布图??如图１－２所示
第三章石英光纤过氧链缺陷与氢气的转化机制研究初始模型，构造过氧链缺陷模型ＰＯＬ。??的无缺陷石英光纤模型是由２ｘ２ｘ２的９６原子石英拟淬火得到。为了进一步得到石英光纤过氧链缺陷模型的Ｓｉ－０－Ｓｉ键中插入一个氧原子从而形成过氧链的过氧链缺陷模型一共包含了?３２个硅原子、６５个氧石英光纤模型能够充分熔化的温度大约为５０００Ｋ?（首先需要在０．７５?ｎｓ内将整个模型体系温度由常温３０，这样可以使得模型已经充分熔化，熔化后体系达迅速降温至３００?Ｋ，整个淬火过程中的时间步长为０的石英光纤模型密度为２．２０?ｇ／ｃｍ３，这与实验值也
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stable structure and optical properties of fused silica with NBOHC-E’ defect[J]. 芦鹏飞,伍力源,杨阳,王唯正,张春芳,杨创华,苏锐,陈军. Chinese Physics B. 2016(08)
[2]Structural and Optical Properties of Point Defects in α-SiO2 Cluster[J]. 刘猛,芦鹏飞,杨阳,伍利源,苏锐,陈军. Communications in Theoretical Physics. 2015(08)
[3]激光诱导HF酸刻蚀后熔石英后表面划痕的损伤行为研究[J]. 王凤蕊,黄进,刘红婕,周信达,蒋晓东,吴卫东,郑万国. 物理学报. 2010(07)
[4]真空条件下激光诱导光纤损伤特性研究[J]. 赵兴海,胡建平,高杨,潘峰,马平. 物理学报. 2010(06)
[5]光纤端面Nd:YAG激光诱导损伤分析[J]. 赵兴海,高杨,苏伟,程永生. 光学学报. 2009(04)
[6]石英光纤的传能效率、损伤阈值和损伤积累效应研究[J]. 高杨,赵兴海,赵翔,苏伟,程永生,徐美健,段文涛,於海武. 探测与控制学报. 2009(01)
[7]纳秒激光诱导石英光纤端面损伤特性研究[J]. 赵兴海,高杨,徐美健,段文涛,於海武. 物理学报. 2008(08)
[8]高峰值功率脉冲激光的光纤传能特性[J]. 赵兴海,高杨,徐美健,段文涛,於海武. 红外与激光工程. 2008(03)
[9]高功率脉冲激光对阶跃折射率多模光纤损伤机理[J]. 赵兴海,高杨,程永生. 强激光与粒子束. 2007(12)
[10]石英玻璃的结构缺陷及其形成机理[J]. 苏英,贺行洋,向在奎,余刚. 武汉理工大学学报. 2007(08)
本文编号：3075013
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１石英光纤材料应用分布图??如图１－２所示，在石英光纤的制作过程中往往可能引入掺杂缺陷和本征点缺??陷这两类缺陷，对于掺杂粒子缺陷，常见的包括金属杂质元素Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ等，??
第一章绪论??１．１石英光纤材料的研究背景??随着现代通信技术的飞速发展，如图１－１所示，石英光纤被广泛应用于各个??通信领域以及微电子或光电器件领域，如金属氧化物半导体（ＭＯＳ）器件，硅基??光学器件和高功率光纤激光器，石英光纤的抗辐射性能越来越受到重视。石英光??纤作为一种抗辐射特性较好的材料而被广泛关注，尤其在辐射环境下，光纤材料??的网格结构易造成损伤，导致光在光纤中的传输性能发生变化。一般来说对于石??英光纤材料，在高功率激光下导致激光损伤出现的主要因素有以下几点：（１）石??英光纤材料中的本征点缺陷；石英光纤材料中的本征缺陷主要包括氧空位中心??（ＯＤＣ）、过氧链缺陷（ＰＯＬ）、Ｅ，色心、非桥氧缺陷中心（ＮＢＯＨＣ）、过氧自由??基（ＰＯＲ）等；（２）掺杂缺陷：在制造过程中引入的金属或者非金属粒子；（３）??形貌损伤：如裂纹等表面缺陷；以上缺陷在受到如激光辐照下会吸收能量导致对??光纤材料的破坏。所以研究这些缺陷对于石英光纤性能的影响就显得尤为重要了。??＼?ｈ?Ｆｉｂｅｒ－ｒｅ，ａｔｅｄ??‘?’?＼?Ｈｉｇｈ?Ｐｏｗｅｒ??Ｌａｓｅｒ?Ｃｌｅａｎｉｎｇ?石英光纤?Ｆｉｂｅｒ?Ｌａｓｅｒ??ｍｍｍ?ｒｍ?ＨｉｇｈＤａｍａｇｅ??Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｆｉｂｅｒ?「＇?ＩＴｈｒｅｓｈｏｌｄ?Ｄｅｖｉｃｅｓ?Ｌａｓｅｒ?Ｍｅｄｉｃａｌ??Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ?Ｄｅｖｉｃｅｓ??图１－１石英光纤材料应用分布图??如图１－２所示
第三章石英光纤过氧链缺陷与氢气的转化机制研究初始模型，构造过氧链缺陷模型ＰＯＬ。??的无缺陷石英光纤模型是由２ｘ２ｘ２的９６原子石英拟淬火得到。为了进一步得到石英光纤过氧链缺陷模型的Ｓｉ－０－Ｓｉ键中插入一个氧原子从而形成过氧链的过氧链缺陷模型一共包含了?３２个硅原子、６５个氧石英光纤模型能够充分熔化的温度大约为５０００Ｋ?（首先需要在０．７５?ｎｓ内将整个模型体系温度由常温３０，这样可以使得模型已经充分熔化，熔化后体系达迅速降温至３００?Ｋ，整个淬火过程中的时间步长为０的石英光纤模型密度为２．２０?ｇ／ｃｍ３，这与实验值也
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stable structure and optical properties of fused silica with NBOHC-E’ defect[J]. 芦鹏飞,伍力源,杨阳,王唯正,张春芳,杨创华,苏锐,陈军. Chinese Physics B. 2016(08)
[2]Structural and Optical Properties of Point Defects in α-SiO2 Cluster[J]. 刘猛,芦鹏飞,杨阳,伍利源,苏锐,陈军. Communications in Theoretical Physics. 2015(08)
[3]激光诱导HF酸刻蚀后熔石英后表面划痕的损伤行为研究[J]. 王凤蕊,黄进,刘红婕,周信达,蒋晓东,吴卫东,郑万国. 物理学报. 2010(07)
[4]真空条件下激光诱导光纤损伤特性研究[J]. 赵兴海,胡建平,高杨,潘峰,马平. 物理学报. 2010(06)
[5]光纤端面Nd:YAG激光诱导损伤分析[J]. 赵兴海,高杨,苏伟,程永生. 光学学报. 2009(04)
[6]石英光纤的传能效率、损伤阈值和损伤积累效应研究[J]. 高杨,赵兴海,赵翔,苏伟,程永生,徐美健,段文涛,於海武. 探测与控制学报. 2009(01)
[7]纳秒激光诱导石英光纤端面损伤特性研究[J]. 赵兴海,高杨,徐美健,段文涛,於海武. 物理学报. 2008(08)
[8]高峰值功率脉冲激光的光纤传能特性[J]. 赵兴海,高杨,徐美健,段文涛,於海武. 红外与激光工程. 2008(03)
[9]高功率脉冲激光对阶跃折射率多模光纤损伤机理[J]. 赵兴海,高杨,程永生. 强激光与粒子束. 2007(12)
[10]石英玻璃的结构缺陷及其形成机理[J]. 苏英,贺行洋,向在奎,余刚. 武汉理工大学学报. 2007(08)
本文编号：3075013
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