新型反折射率增益导引大模场光纤的设计、制备与性能研究

【摘要】：增益导引——折射率反导引(GG-IAG)光纤作为一种新型大模场光纤从提出到至今一直受到研究学者们的关注。本文根据GG-IAG光纤的理论模型,设计了反导引光纤的纤芯和包层的玻璃材料组分,并制备了掺钕磷酸盐的增益导引——折射率反导引光纤,开展了反导引光纤的放大器实验研究,最后探究了包层镀Ag膜对反导引光纤增益性能的影响。具体工作如下:通过研究掺Nd~(3+)磷酸盐激光玻璃材料的基础组分,设计了反导引光纤的纤芯和包层的玻璃材料组分配方。制备了反导引光纤的纤芯和包层的玻璃材料。探究了磷酸盐基质中,碱金属氧化物Na_2O对激光玻璃Tg的影响和La_2O_3对激光玻璃在1064nm处折射率的影响,并通过改变碱金属氧化物含量和高折射率物质含量,制备了满足理论要求的反导引光纤玻璃材料。最后测试了激光玻璃的光学性能,为后续拉制反导引光纤提供可靠的实验数据。研究了稀土掺杂光纤预制棒的制备工艺,制备了反导引光纤预制棒,并利用拉丝塔拉制了不同直径(200μm-500μm)的反导引光纤,测试了反导引光纤的光学性能,包括光纤的受激辐射光谱,光纤的吸收损耗等等,其中反导引光纤芯径为104μm时,在808nm处的吸收系数为0.0239/cm,吸收损耗系数为0.1039dB/cm,在1064nm处的吸收系数为0.0064/cm,吸收损耗系数为0.0280dB/cm。研究了稀土掺杂光纤的增益性能与光纤波导参数的关系。开展了反导引光纤的放大器实验研究,其中信号光功率从0.2MW被放大至1MW,并计算得出GG-IAG光纤的增益系数为0.1137/cm。采取磁控溅射方法,分别在芯径为130μm、160μm和200μm的GG-IAG光纤包层表面蒸镀200nm的Ag膜作为全反射膜,并测试了镀Ag膜光纤和未镀膜光纤的增益性能,实验结果表明,在光纤参数相同的情况下,镀Ag膜光纤的放大效率分别为50%、41.88%、24.33%,而未镀Ag膜光纤的放大效率分别为26.87%、22.8%、15.87%。光纤表面镀膜能够显著改善GG-IAG光纤的增益性能,研究结果对GG-IAG光纤的应用具有指导意义。