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《燕山大学》 2012年
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掺镱石英玻璃及其光子晶体光纤的制备和特性研究

夏长明  
【摘要】:大模场高浓度掺镱光子晶体光纤被认为是高功率光纤激光器的理想介质,已引起该领域科研工作者的广泛关注。目前所采用的制备方法仍然是传统的化学气相沉积法与溶液掺杂相结合的方法,由于该方法在制备掺杂光子晶体光纤方面具有许多无法避免的缺点,如:掺杂浓度偏低、折射率分布不均匀、难以制备成大芯径等,从而限制掺镱光子晶体光纤的发展。为解决这些问题,本论文提出了利用非化学气相沉积法来制备掺镱石英玻璃,通过理论和实验解决掺镱石英玻璃材料在制备中所存在的关键问题,并设计和拉制出多种大模场高浓度掺镱光子晶体光纤,主要开展了如下研究: 首先,综述了国内外光纤激光器和掺杂光纤制备的研究进展、对目前所存在的问题进行了详细分析,并提出可有效解决这些问题的方法。 其次,采用非化学气相沉积法分别制备出高浓度掺杂混合料,通过等离子体高温炉、气炼炉和高温石墨炉进行融熔,制备出高浓度掺镱石英玻璃,并对其光学特性进行表征,包括吸收特性,荧光特性,对制备工艺对掺镱石英玻璃的光谱特性的影响规律进行了探讨。 然后,针对Yb~(3+)在制备过程中容易发生变价,开展了Yb~(2+)在不同制备工艺环境下的形成条件及掺Yb~(2+)石英玻璃的光学特性研究,包括近红外,可见的吸收特性以及紫外、可见的受激发射特性,并对Yb~(2+)在白光光源方面应用的进行了研究。 最后,基于大模面积光纤及双折射光纤在高功率光纤激光器方面的应用开展了大模面积光子晶体光纤、单模单偏振高双折射光子晶体光纤、高双折射八边形光子晶体光纤及锥形双折射光子晶体光纤设计理论研究工作,拉制出掺镱光子晶体光纤,并对所制备掺镱光子晶体光纤的光学特性进行了实验测试和分析,其中,包括光纤的传输特性、荧光特性、激光性能,光致发光及在超连续谱方面的研究。
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