硫系大模場光子晶體光纖的設(shè)計、制備及性能研究.pdf

1、3~20?m光譜范圍的中紅外激光在光譜學(xué)、遙感、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護、激光切割、激光雷達和激光武器等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，使得該波段的高功率光纖激光器及放大器成為了國內(nèi)和國外研究者的研究熱點。為了克服石英材料的傳輸波長限制和高功率密度引起的非線性效應(yīng)、光熱損傷等限制，硫系大模場光子晶體光纖將成為中紅外高功率光纖激光器及放大器的良好載體，其設(shè)計、制備以及傳輸特性的研究受到研究者的廣泛關(guān)注。
　　本文從理論和實驗制備兩個方面仔細(xì)研究了硫系大模場光

2、子晶體光纖。理論上，重點研究了大模場光子晶體光纖實現(xiàn)方法，采用多極法和光束傳播法設(shè)計了兩種大模場光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，得到了較大的模場面積，通過理論模擬設(shè)計結(jié)果指導(dǎo)實驗制備。實驗制備上，仔細(xì)地研究了硫系玻璃的光學(xué)、熱學(xué)特性以及機械性能，確定Ge20Sb15S65組分的硫系玻璃作為光子晶體光纖理想基質(zhì)材料，重點研究了硫系光子晶體光纖預(yù)制棒制備和拉制工藝，并采用本課題組研究的制備工藝?yán)屏瞬煌Y(jié)構(gòu)的硫系大模場光子晶體光纖。采用自主搭建的光纖測試

3、平臺測試了本文制備的光纖，其傳輸損耗約2-3 dB/m，模場面積為2000?m2。
　　第一章緒論簡要的概述了光子晶體光纖的特點、傳輸機理，介紹了硫系玻璃的特性、大模場光子晶體光纖的研究進展、實現(xiàn)方法及其應(yīng)用。本章末也重點指出了本課題的研究的意義和內(nèi)容。
　　第二章介紹了本文中數(shù)值模擬用到的多極法和光束傳播法，并作了簡單的推導(dǎo)。
　　第三章提出了一種新型單模大模場紅外光子晶體光纖設(shè)計思路，并且探索了增大高階模損耗的方法

4、。并提出一種以無 A s環(huán)保型 Ge20Sb15Se65硫系玻璃為基質(zhì)的單模傳輸、低限制損耗的新型超大模場光子晶體光纖，其在?=10.6?m處基模限制損耗遠(yuǎn)低于0.1 dB/m，高階模限制損耗約2 dB/m，模場面積約13333?m2。
　　第四章模擬設(shè)計了一種基于Ge20Sb15S65硫系玻璃的七芯大模場光子晶體光纖，通過調(diào)整光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實現(xiàn)相位鎖定和模式整形。通過控制光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得了模場面積為1962?m2七芯光子

5、晶體光纖，該光纖可以減少紅外光譜范圍的非線性損傷。最后，對以上多芯光纖進行了相干合成研究，其遠(yuǎn)場光束具有高亮度和高光束質(zhì)量特性，遠(yuǎn)場輸出光束強度約為單芯的49倍，Mx2=1.350，My2=1.295。
　　第五章詳細(xì)地介紹了硫系玻璃的制備過程和測試方法，并測試和分析了Ge20Sb15S65組分玻璃的光學(xué)、熱學(xué)以及機械性能。
　　第六章深入研究了機械鉆孔法制備硫系光纖預(yù)制棒的工藝，采用自主設(shè)計的高精度機械鉆孔裝置，制備了一系

6、列不同結(jié)構(gòu)的硫系光子晶體光纖預(yù)制棒。
　　第七章詳細(xì)地研究了硫系光子晶體光纖的拉制工藝，在430℃、4.35℃、465℃等溫度下制備了硫系光子晶體光纖，并對以上各溫度下光纖拉制后剩余的廢料進行了透過光譜和 X射線衍射研究，證明該硫系玻璃組分具有良好光學(xué)和熱學(xué)性能，是一種理想紅外光纖材料；在430℃溫度下拉制了不同結(jié)構(gòu)的光纖，并對光纖進行了近場和傳輸損耗測試，損耗約2-3 dB/m。
　　第八章，羅列了本論文總結(jié)的研究工作結(jié)論