氧化铝和氧化锗空芯光纤传输性能研究

发布时间：2021-09-23 13:02

　　CO₂激光器具有较高的光电转换效率,连续输出激光功率可以达到上千瓦。金属、陶瓷、高分子材料和人体组织对CO₂激光有较强的吸收,使得CO₂激光在材料加工、激光诱导核聚变、激光手术等领域有较大的应用潜力。在传输CO₂激光的中红外波导研究中,空芯光纤凭借无端面反射、耦合损耗小、散热性好、能量损伤阈值高等特性而备受关注。当前,开发制作成本低、能够稳定传输大功率CO₂激光的中红外空芯光纤仍然具有挑战性。此外,先前的研究主要集中在室温环境下光纤的传输行为,限制了其在低温环境条件下的应用。本文探讨了使用具有较低制作成本的氧化铝多晶毛细管空芯光纤传输较高功率CO₂激光的潜力,并研究了氧化铝和氧化锗中红外空芯光纤在低温下的传输性能。通过实验测量和理论分析表明氧化铝多晶毛细管空芯光纤在CO₂激光波长附近有一个较宽的低损耗窗口。实验分析了1² mm内直径光纤样品传输CO₂激光的损耗,其中内直径1.5 mm的光纤样... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

典型的近红外衰减全反射实芯光纤结构示意图

4图1.1典型的近红外衰减全反射实芯光纤结构示意图Figure1.1Schematicdiagramofatypicalnear-infraredATR(attenuatedtotalreflection)solid-corefiberstructure.图1.2阶跃型（a）和渐变型（b）全反射实芯光纤横截面折射率分布示意图Figure1.2Schematicdiagramofthecross-sectionalrefractiveindexdistributionofstep-type(a)andgraded-type(b)ATRsolid-coreopticalfibers.用作CO2激光传输的实芯光纤与近红外实芯光纤具有类似的结构，但所使用的光纤材料有所不同。制作这一类光纤的材料需要在CO2激光波长处具有较小的吸收率，候选材料有金属卤化物多晶体或硫卤非氧化物玻璃等。当前，实芯光纤中用来传输CO2激光的典型代表是卤化银多晶光纤[40]。卤化银多晶光纤传输CO2激光的损耗较低，没有毒性，可弯曲性好，而且不潮解，已被广泛应用于红外光谱传输、激光测温、外科激光手术等领域。卤化银光纤的结构由内到外依次是卤化银多晶纤芯、空气层和氟塑料管，其中卤化银多晶纤芯是利用材料在一定温度下的超塑性，通过热挤压法获得。目前，CeramOptec公司生产的OptranMIR卤化银光纤凭借其优异的低损耗特性被用于CO2激光的柔性传输系统，用

6护层。对于内直径540μm、700μm和1000μm的光纤样品，直线传输CO2激光的损耗分别是0.8dB/m、0.25dB/m和0.2dB/m，传输性能优良。图1.3泄漏型（a）和全反射型（b）CO2激光空芯光纤的结构示意图Figure1.3Schematicstructuraldiagramofleakagetype(a)andtotalreflectiontype(b)hollowcoreopticalfibersfortransmittingCO2laser.图1.3（b）给出了全反射型空芯光纤的结构示意图。全反射型空芯光纤结构由内到外依次是空气纤芯、反射层，结构基管和保护层。利用全反射原理把激光辐射限制在光纤内传输。制备全反射型CO2激光空芯光纤的关键技术是获得在CO2激光波长即10.6μm处折射率小于1的反射膜材料，并找到合适的工艺方法制备出空芯光纤波导结构。研究表明，Al2O3、GeO2和SiC等晶体或非晶态材料在波长10.6μm附近具有折射率小于1的性质，因此可以用于制备传输CO2激光

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光核聚变的发展(邀请论文)[J]. 林尊琪.  中国激光. 2010(09)
[2]空芯传能光纤的特性研究[J]. 侯峙云,洪文学,侯蓝田,韩颖,李东源.  红外技术. 2008(06)
[3]空芯光纤中沉积多晶态GeO2薄膜的实验研究[J]. 周桂耀,侯峙云,侯蓝田,何军,关兵.  材料科学与工艺. 2001(01)
[4]光通信概述[J]. 卢文全.  光通信技术. 1997(03)

硕士论文
[1]金属毛细管二氧化锗中红外空芯光纤的研究[D]. 王旭.华东师范大学 2017



本文编号：3405754