空芯光纖放電特性研究.pdf

1、近年來，基于空芯光子晶體光纖的多孔特性，在空芯光纖中充入氣體，進(jìn)而研究光與氣體的相互作用，已成為業(yè)界的熱點。此類研究的主要應(yīng)用領(lǐng)域為氣體傳感、光泵氣體激光等。為將空芯光纖與傳統(tǒng)的氣體激光器進(jìn)行結(jié)合，本論文提出在空芯光纖中通過氣體放電構(gòu)造光纖氣體激光的思路，針對放電激勵的光纖氣體激光的相關(guān)問題進(jìn)行了系統(tǒng)的理論、實驗研究，論文的主要工作如下：
　?。?）從數(shù)值模擬和實驗的角度分別進(jìn)行了空芯光纖中氣體填充特性的研究。利用有限元軟件對空芯

2、光纖中的氣體填充過程進(jìn)行了仿真模擬。建立了實驗平臺，對不同充入壓強(qiáng)、不同填充氣體、不同光纖孔徑和不同光纖長度情況下的填充特性進(jìn)行了實驗研究。利用四極質(zhì)譜儀對光纖內(nèi)激光混合氣體的組分進(jìn)行檢測，研究了光纖激光混合氣體各組分的填充特性。理論模擬和實驗結(jié)果趨勢一致。
　?。?）采用有限元軟件對空芯光纖中的射頻放電進(jìn)行了基于流體模型的理論研究。獲得了射頻放電下空芯光纖中電子密度、電子溫度等參數(shù)的時空分布，并對射頻電壓、放電氣壓等參數(shù)造成的影

3、響進(jìn)行了討論。研究表明，電壓對鞘層并無明顯影響，而氣壓的增大則會導(dǎo)致鞘層厚度的收縮。電壓和氣壓的變化與電子密度、電子溫度亦存在直接的關(guān)聯(lián)。
　?。?）對空芯光纖中的氣體放電進(jìn)行了實驗研究。發(fā)明了一種新型的射頻放電結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)了空芯光纖中的長距離輝光放電，可在近1 m長的空芯光纖中獲得較高氣壓下的輝光放電等離子體。采用發(fā)射光譜診斷技術(shù)，研究了空芯光纖中氣體放電等離子體參量——轉(zhuǎn)動溫度、原子激發(fā)溫度、電子密度——與氣壓、射頻注入功率

4、的關(guān)系。研究表明，由于空芯光纖的表面積與體積之比較大，熱傳導(dǎo)效率較高，空芯光纖中放電等離子體的氣體溫度均處500 K以內(nèi)，原子激發(fā)溫度小于104 K，電子密度約為1013 cm?3，并且等離子體參數(shù)隨射頻注入功率和氣體壓力的變化并不明顯。
　?。?）研究了輝光放電低溫等離子體填充的空芯光子晶體光纖傳輸特性。在空芯光纖中產(chǎn)生等離子體后，空芯光纖的傳輸特性將隨著等離子體的狀態(tài)而發(fā)生變化。本論文通過有限元法模擬了空芯光纖中的光場分布。通