Yb^3＋掺杂双包层光子晶体光纤制备研究

本文报道了国内自行研制和制备的以高功率光子晶体光纤激光器为目标的Yb3+掺杂双包层光子晶体光纤.给出了Yb3+掺杂多组分玻璃芯棒和以此为芯的双包层光子晶体光纤的制备流程,工艺和关键技术.对制备的Yb3+掺杂多组分玻璃、双包层光子晶体光纤进行-系列的物理属性、热学和光谱测试,并通过计算分析得到相对优秀的掺杂多组分玻璃配方(Yb3+-(2 mol%)-SiO2(70 mol%)-MgO-CaO-BaO-Li2O-Al2O3(2 mol%)).样品中的Yb3+掺杂双包层光子晶体光纤具有结构规则传光性能良好等优点,为自行开发高功率光子晶体光纤激光器提供材料器件基础.     

基于光固化的液芯光纤及其性能

研究了液芯光纤及其芯液的性能,以及液芯光纤包层裂纹损伤的修复效果和修复原理。结果表明：该液芯光纤具有数值孔径大,传光性好等特点;芯液的光固化速度快,能够修复光纤包层裂纹,延长了光纤的使用寿命。该液芯光纤不仅可用于传感,而且由于芯液的特殊性使其能够用于光纤智能复合材料的自诊断和自修复。     

用于氟化镓铟高数值孔径光纤的氟磷酸盐和氟锆酸盐包层玻璃

为了得到用于1．3μm光通讯窗口掺镨氟化镓铟（PGICE）高数值孔径光纤，本文报道以ZrF4。－BaF2－LaF3－AlF3－Na（Li）F－PbF2[ZBLAN（Li）Pb]和NaPO3－BaF2－ZnF2－PbF2（FPG）玻璃作为包层材料研究了芯和包层玻璃在物理性质和化学组分上的匹配性差热扫描（DSC）和电镜（SEM）分析表明PGICA/ZBLAN(Li)Pb虽在物理性质上匹配但在化学组分上不匹配．其芯-包展界面生成不稳定相；只有PGICZ/FPG具有良好的物理、化学配合性，可成功地拉制出高数值孔径光纤．     

小芯径硫系玻璃光纤的制备及其非线性光学应用

通过动态蒸馏提纯技术制备了高纯Ge-As-Se和Ge-As-S硫系玻璃。采用两步棒管法拉制了以Ge-As-Se玻璃为纤芯、Ge-As-S玻璃为包层的小芯径阶跃折射率光纤, 并使用飞秒激光抽运光纤测试了超连续谱的产生。以Al 和GaCl₃分别作为除氧剂和C/H纯化剂可以有效消除玻璃中的C、H和O杂质。制备的GeAsSe/GeAsS光纤在2~9 μm波段表现出优异的传输性能, 光纤数值孔径约为1.3; 采用重复频率为10.5 MHz、脉冲宽度为320 fs、中心波长为4.0 μm、峰值功率为4.6 kW激光抽运长度为22 cm、芯径为6 μm的光纤, 获得了覆盖1.9~8.2 μm、光谱平坦度为±10 dB、平均功率为4.5 mW的超连续谱。     

偏芯光纤光传输特性分析

根据光纤光学传输理论建立了偏芯光纤的理论计算模型,通过菲涅耳公式推导出偏芯光纤倏逝波的表达式,进而求出了倏逝波的穿透深度。运用RSoft软件中的BeamPROP模块对偏芯光纤进行光学结构建模,仿真出偏芯光纤中的模场分布、倏逝波场以及基模有效折射率随纤芯偏移距离的变化趋势。仿真结果表明：偏芯光纤的包层倏逝波散射随着纤芯与外界介质距离δ增大而显著减小;同时基模有效折射率随纤芯与外界介质距离δ的增大而显著增大,当δ达到8μm时,有效折射率趋于稳定。     

高斯光束到光纤的单透镜耦合

分析了基模高斯激光束到单模和多模光纤的单透镜耦合过程中的各种损耗,把多模光纤的光场用高斯分布近似,采用模场耦合理论计算了基模高斯光束到单模和多模光纤的单透镜耦合效率.模拟计算了当激光-光纤耦合系统的工程参数(光束束宽、光纤数值孔径和光纤的纤芯芯径)一定时,单透镜耦合效率与所选用透镜的焦距之间的关系.并利用532mn激光(M2≤1.05)在几种不同焦距的透镜下对纤芯直径为3.μm的单模光纤和25μm的多模光纤进行了耦合效率的测定实验,得到了与理论计算基本吻合的实验结果.     

倾斜光纤光栅温度及溶液浓度传感特性研究

本文通过模拟仿真、理论分析和实验对倾斜光纤光栅（TFBG）的温度及溶液浓度传感特性进行了研究。实验结果表明TFBG的纤芯模和包层模具有相同的温度灵敏度，约为10pm/℃，且线性度良好；在溶液浓度实验中通过求取TFBG纤芯模与包层模的差分波长来消除温度对浓度测量的干扰，解决了TFBG包层模对温度和浓度交叉敏感的难题。溶液...     

光纤灰度分布的高斯函数拟合法测量光纤几何参数

光纤的几何参数影响着光纤的光学传输和机械性能等,是衡量光纤质量的重要指标。近场光分布法是国标GB 15972.20-2008中推荐的几何参数测量方法。该方法在对光纤纤芯的测量中需对光纤通光照明,以区分纤芯和包层的边界。通光的纤芯端面是一个边缘并不清晰的发光亮斑,因而无法准确判断纤芯与包层的真实边缘。本文分析了光纤内光传播模场的分布,理论上光纤模场电磁矢量的解满足贝塞尔函数,但在近似情况下也可以用高斯函数代表光纤模场分布。因此本文利用高斯函数拟合光纤纤芯端面灰度分布,进而由拟合后的高斯函数得到纤芯与包层的真实边缘。本方法是对国标GB15972.20-2008的测量方法的进一步完善。实验测量结果表明,当光纤的切割效果不佳或成像质量较差时,模场灰度分布的高斯函数拟合法仍能保证测量的重复精度和测量数据的稳定性。     

溶胶-凝胶法制备Al3+、Yb3+掺杂石英光纤纤芯的研究

以正硅酸乙酯、氯化铝和氯化镱为前驱体, 用溶胶-凝胶法制备了Al³⁺、Yb³⁺掺杂石英光纤纤芯。采用ICP-AES分析发现: 碱催化的掺杂硅凝胶上下层组分存在较大差异, 酸催化条件能够消除组分差异。将酸催化溶胶经凝胶化、热处理、玻璃化、光学加工, 获得了φ2.5 mm×50 mm的芯棒。测试2 mm厚芯棒玻璃的光谱和荧光寿命, 1020 nm的荧光寿命为896 μs, 羟基含量为0.4×10^-6, 并通过显微拉曼光谱分析玻璃结构。采用管棒法制备预制棒, 2000℃高温拉制了Al³⁺、Yb³⁺掺杂单包层石英光纤。用光纤折射率分布测试仪测得纤芯折射率波动Δn小于2×10^-4, 表明纤芯具有良好的光学均匀性。本研究结果提供了一种大模场掺镱石英光纤纤芯材料的制备方法, 并为溶胶-凝胶法制备均匀多组分材料的研究提供了理论参考。     

掺杂分布对多模光纤放大器输出特性的影响

针对高功率多模光纤放大器中稀土离子掺杂分布和形状对系统输出特性的影响,本文进行了数学模拟和理论分析.根据多模掺杂光纤速率方程考虑了种子光端面激励特性,并对纤芯模式耦合系数矩阵进行了修正,建立了多模光纤放大器理论模型.通过对功率传输方程组的求解,数值模拟了不同激励条件下6种均匀和抛物线形掺杂的双包层掺Yb3+光纤接入放大器的输出特性.计算结果证明:不同激励条件下,掺杂离子分布对输出特性的影响存在差异;通过设计光纤内掺杂离子分布规律和形状能有效抑制放大器中的高阶模式,提高输出光的光束质量.