高掺镱双包层磷酸盐光纤的制备与研究

作     者：周国栋 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐善辉;杜永建

授予年度：2019年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：Yb3+掺杂 磷酸盐光纤 双包层 保偏 

摘      要：相较于其它稀土掺杂光纤,掺镱光纤拥有很宽的吸收、发射截面,且量子转换效率高,将双包层结构的掺镱光纤作为光纤激光器的增益介质,可使激光器的输出功率或脉冲能量得到显著提高,在高功率激光器领域得到了广泛应用,近20年来更是取得了迅速的发展。在本论文中,主要概述了高掺镱双包层光纤的优点、工作原理及近年来国内外的发展状况,并成功制备了高掺镱双包层磷酸盐光纤和掺镱磷酸盐保偏光纤,具体的研究内容和取得的研究成果如下:一、研究了磷酸盐玻璃稀土离子高浓度均匀掺杂技术,提高了磷酸盐芯玻璃的稀土离子掺杂浓度,其中Yb离子掺杂浓度大于5 wt%。二、研究与解决了磷酸盐玻璃除水难题。分析了磷酸盐玻璃熔制过程中羟基(OH)含量对磷酸盐玻璃光学性能的影响,通过研究化学反应动力学过程和设计除水方案,改进了熔制磷酸盐玻璃时的除水工艺。采用反应气氛法作为除水方案,实现了高品质大块磷酸盐玻璃的熔制,其OH基在2880 cm处的吸收系数小于1 cm。三、研究了磷酸盐玻璃光纤拉丝技术。基于光纤波导理论,设计了光纤的各项光学参数,并通过优化拉丝温度、拉丝速度等工艺制度,拉制出了高掺镱双包层磷酸盐玻璃光纤。其纤芯、内包层和外包层的直径分别为75μm、275μm和1.44 mm,纤芯的数值孔径为0.039,内包层的数值孔径为0.52;其在1310 nm处的损耗系数为仅0.07 dB/cm,在980 nm处的泵浦吸收系数是239.5 dB/m。四、基于高掺镱磷酸盐芯玻璃,进行了熊猫型保偏光纤的设计,制备出了高掺镱熊猫型保偏光纤,保偏光纤的芯/包直径为5/125μm,纤芯数值孔径为0.15,应力棒尺寸为31μm,应力区与纤芯中心的距离为28μm。