基于納米多孔石英玻璃的摻鐿光纖及其激光性能研究.pdf

1、光纖激光器由于耦合效率高、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、散熱性能好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，在工業(yè)、科研和國防等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。隨著光纖激光器輸出功率的不斷攀升，非線性效應(yīng)和熱損傷嚴(yán)重抑制了光纖激光器輸出功率的進(jìn)一步提升；作為光纖激光器的核心器件，大模場光纖對光纖激光器的激光性能起決定作用，包括斜率效率、光束質(zhì)量和激光輸出功率等。然而，大模場光纖的制備離不開大尺寸、高質(zhì)量的摻雜石英玻璃棒。受制于材料，制備工藝，制備設(shè)備等因素，大尺寸摻雜石英

2、玻璃芯棒制備受到限制，這也是限制大模場光纖發(fā)展的關(guān)鍵因素。本論文基于納米多孔石英玻璃制備大尺寸高質(zhì)量的摻Y(jié)b3+石英玻璃芯棒，進(jìn)而拉制大芯徑光纖。從摻雜石英玻璃芯棒制備技術(shù)，芯棒測試分析，摻雜離子濃度調(diào)控，折射率精確調(diào)控，激光性能測試到光束質(zhì)量評價，以改進(jìn)并優(yōu)化基于納米多孔石英玻璃的摻雜石英玻璃芯棒質(zhì)量，提升光纖的光學(xué)性能，進(jìn)而為大模場光纖激光器的研究打下基礎(chǔ)。本文首先介紹了基于玻璃分相技術(shù)制備大尺寸高質(zhì)量摻雜石英玻璃芯棒的詳細(xì)流程，然

3、后對芯棒制備過程中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行分析?；诟哔|(zhì)量摻Y(jié)b3+石英玻璃芯棒的制備，拉制了摻Y(jié)b3+雙包層光纖及摻Y(jié)b3+光子晶體光纖等多種光纖，并對所拉光纖的光學(xué)性能及激光特性進(jìn)行測試分析。
　　在摻 Yb3+石英玻璃芯棒制備方面，本文首先對納米多孔石英玻璃的一些優(yōu)良的物理和化學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。然后介紹了基于納米多孔石英玻璃棒制備摻鐿石英玻璃芯棒的方法，并重點分析了芯棒制備過程中幾個重要環(huán)節(jié)，比如熱處理分相，熱酸浸析，除羥基，燒

4、結(jié)工藝等等。通過對芯棒制備工藝的不斷改進(jìn)和完善，對除水燒結(jié)設(shè)備的升級，已經(jīng)能夠制備基于納米多孔石英玻璃的性能優(yōu)良的摻 Yb3+石英玻璃芯棒。
　　在光纖制備方面，基于摻鐿石英玻璃芯棒，首先制備了30/400μm和80/400μm兩種規(guī)格的普通雙包層光纖，都實現(xiàn)了激光輸出，斜率效率最高達(dá)到72.8％。光纖長度最短只用了55 cm，纖芯均勻性非常好。其次，基于高質(zhì)量的摻鐿石英玻璃芯棒，制備了摻鐿雙包層光子晶體光纖，并得到了1035nm

5、激光輸出。再次，制備了Yb3+/Tb3+摻雜石英玻璃光纖，觀察到了非常強(qiáng)的543 nm綠光?；诩{米多孔石英玻璃的Yb3+/Tb3+共摻石英玻璃光纖在實現(xiàn)綠光光纖激光方面具有很大潛力。
　　纖芯折射率調(diào)控方面，大模場光纖纖芯直徑增大以后，需要更小的纖芯數(shù)值孔徑來維持較高的光束質(zhì)量。因此，大芯徑，高摻雜，低數(shù)值孔徑的石英玻璃芯棒對實現(xiàn)大模場單模運轉(zhuǎn)至關(guān)重要?；诩{米多孔石英玻璃芯棒，在高摻雜的情況下，同時引入F-和B3+兩種離子調(diào)節(jié)