Pr~(3+)掺杂硫系玻璃光纤的制备及中红外发光性能研究

【摘要】：中红外(Mid-infrared,简称MIR)波段3～5μm位于大气传输窗口内,覆盖了众多气体、液体和固体的特征分子吸收或振动能量带,在军事、医疗、生物检测等方面应用普遍。目前采用稀土离子掺杂硫系玻璃和光纤产生3～5μm波段的荧光发射是获得中红外激光的有效途径之一,本论文在前人的研究基础上,以镨(Pr~(3+))掺杂硫系玻璃及光纤作为研究对象,运用Judd-Ofelt理论对不同浓度Pr~(3+)离子掺杂玻璃样品的相关参数进行了计算,研究了Pr~(3+)掺杂浓度的变化对样品中红外发光强度的影响,采用改进的提纯工艺制备了光纤预制棒,进行了光纤的拉制及相关光谱特性测量,为3～5μm波段稀土掺杂硫系光纤激光器的研究设计提供了一定的理论及实验依据。本文第一章是绪论部分,简要介绍了3～5μm相干光源的主要产生方法及应用,阐述了Pr~(3+)离子掺杂硫系光纤的研究现状,总结分析了目前研究的瓶颈及发展动向,进而提出了本论文的研究内容、目的及意义。第二章介绍了本论文所运用的理论基础,包含用于光谱参数计算的JuddOfelt理论、Futchbauer-Ladenburg理论、Mc-Cumber理论以及能量传递理论等四部分。第三章对本文的实验内容和各项性能测试仪器及方法进行了具体说明,详细介绍了硫系玻璃的制备流程及相关的测试方法。第四章主要研究了掺Pr~(3+)硫系玻璃的光学特性,对样品的基本物理特性、吸收以及中红外发光特性进行了测试,分析了不同Pr~(3+)离子掺杂浓度对样品中红外发光强度的影响。运用Judd-Ofelt理论对掺Pr~(3+)玻璃样品的相关参数进行了计算,分析了掺杂浓度的提高对稀土离子Pr~(3+)的局域配位环境产生的影响。第五章简要介绍了本工作中所用的多级动态全蒸馏提纯工艺以及0.1 mol%掺Pr~(3+)的Ge-As-Ga-Se玻璃的光纤拉制过程,主要研究了Pr~(3+)掺杂Ge-As-Ga-Se硫系光纤的光学特性,测试了光纤的损耗特性和红外近场分布情况,并成功在光纤中获得了3～5μm的中红外荧光输出,分析了损耗对光纤传输效率的影响。最后对本研究工作进行了总结,并提出了研究过程中存在的问题以及在日后的工作中需要进一步探讨的地方。