低損耗硫系玻璃光纖制備的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、硫系玻璃光纖由于其獨(dú)特的光學(xué)特性，在紅外波段的激光能量傳輸，醫(yī)療檢測(cè)，光纖傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)隨著光學(xué)非線性的發(fā)展,光纖通信領(lǐng)域越來(lái)越需要擁有超高非線性的硫系玻璃光纖。硫系玻璃光纖具有超高非線性（玻璃光纖中最高）、截止波長(zhǎng)可調(diào)、折射率可調(diào)，光纖性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但是，作為光纖材料的硫系玻璃組分選擇十分關(guān)鍵，一般側(cè)向于選擇抗析晶能力強(qiáng)、紅外透過(guò)范圍寬的硫系玻璃作為光纖基質(zhì)材料。玻璃結(jié)構(gòu)不均勻、存在雜質(zhì)等因素會(huì)增加玻璃光學(xué)散射損

2、耗，因此如何降低玻璃中雜質(zhì)的含量也是制備低損耗硫系玻璃光纖的關(guān)鍵技術(shù)。目前硫系玻璃光纖的制備工藝雖然有很多種，但是都不能完成低損的要求，另外硫系玻璃光纖的脆性極大，如果保護(hù)不當(dāng)則極易折斷，因而不能采用傳統(tǒng)的有機(jī)液涂覆辦法進(jìn)行涂覆層保護(hù)。
　　本文針對(duì)低損耗硫系玻璃光纖研究中存在的問(wèn)題，選用重金屬和重金屬鹵化物對(duì)硫系玻璃組分進(jìn)行改良研究，研究分析了Ge-Ga-Te-C u，Ge-Ga-Te-ZnI2體系玻璃的形成能力；利用XRD、S

3、EM、DSC等手段測(cè)試了玻璃結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)；利用FTIR圖譜分析了金屬C u和金屬鹵化物ZnI2對(duì)玻璃性能的影響。選用熱學(xué)性能較好、可塑性強(qiáng)的玻璃組分Ge15Sb20S65和Ge25Sb5Se70蒸餾提純后，采用復(fù)合層疊擠壓法制備光纖預(yù)制棒；配合保護(hù)聚合物層進(jìn)行光纖拉制；利用光纖拋光機(jī)進(jìn)行光纖端面拋光，然后進(jìn)行光纖傳輸損耗和彎曲測(cè)試。
　　論文的緒論簡(jiǎn)要地概述了硫系玻璃和硫系玻璃光纖，介紹了它們的研究進(jìn)程及硫系玻璃光纖在不同領(lǐng)域的

4、應(yīng)用，總結(jié)了傳統(tǒng)硫系玻璃光纖制備方法，從而引出本文研究的內(nèi)容。
　　第二章詳細(xì)介紹了本文的研究理論基礎(chǔ)，硫系玻璃理論基礎(chǔ)包括熱穩(wěn)定性分析、光學(xué)帶隙、紅外截止邊理論、提純，光纖理論基礎(chǔ)包括光纖結(jié)構(gòu)、光纖損耗、光纖非線性、光纖傳輸理論。
　　第三章介紹了本論文中的硫系玻璃制備的方法與性能測(cè)試的主要手段，以及新型低損耗硫系光纖的制備流程和光纖的性能測(cè)試。
　　第四章分析了Cu對(duì)Ge-Ga-Te基玻璃性能的影響。結(jié)果表明：隨著

5、Cu含量的增加而玻璃的密度、摩爾體積都減小，短波吸收截止邊發(fā)生紅移，同時(shí)光學(xué)帶隙值減??；(GeTe4)68(Ga2Te3)26Cu6玻璃具有最好的熱穩(wěn)定性，ΔT（=Tx-Tg,即玻璃的析晶溫度值Tx與玻璃轉(zhuǎn)變溫度值Tg的差值）為103oC；所有的玻璃樣品都有很寬的紅外透過(guò)窗口，紅外截止波長(zhǎng)都超過(guò)了20μm，加入除氧劑Al，玻璃的Ga-O雜質(zhì)吸收峰基本消失。
　　第五章研究了在Ge-Ga-Te基玻璃中引入重金屬鹵化物ZnI2并給出了

6、 Ge-Ga-Te-ZnI2玻璃系統(tǒng)的形成區(qū)。分析了ZnI2對(duì)玻璃的成玻性能、熱學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性能的影響。隨著ZnI2含量的增加，DSC分析表明玻璃的ΔT增大，玻璃的間接光學(xué)帶隙值從0.596 eV到0.626eV，玻璃樣品的紅外透過(guò)范圍從1.9μm到25μm。
　　第六章介紹了采用復(fù)合層疊擠壓法制備硫系玻璃光纖及光纖性能研究，選用組分為Ge15Sb20S65和Ge25Sb5Se70的兩組硫系玻璃進(jìn)行光纖制備實(shí)驗(yàn)。首先分析了這兩種玻

7、璃的物理、熱學(xué)和光學(xué)性能；其次，利用新型的復(fù)合層疊擠壓法制備了硫系玻璃光纖預(yù)制棒，光纖端面結(jié)構(gòu)可隨模具尺寸自由設(shè)計(jì)，且擠壓后光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)整齊，內(nèi)外界面整潔光滑；利用高溫聚合物保護(hù)的預(yù)制棒具備絕佳的機(jī)械性能；最后配合光纖拉絲機(jī)將該具備保護(hù)層的預(yù)制棒進(jìn)行光纖拉細(xì)，在利用普通的光纖拋光機(jī)進(jìn)行端面拋光后，利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行光纖端面成像觀察，結(jié)果表明光纖端面結(jié)構(gòu)均勻，界面無(wú)明顯缺陷，利用傅里葉紅外光纖光譜儀進(jìn)行光纖損耗測(cè)試，由光纖損耗譜可知在波