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铥钬共掺碲酸盐玻璃光谱性质研究与光纤制备

程果  
【摘要】:目前,中红外波段激光在医疗、环境监测等重要领域具有非常广阔的应用前景,因此中红外波段激光材料的研究具有深远地意义。中红外2.0μm波段激光器一般以铥、钬离子作为增益介质的激活离子。现在研究稀土掺杂激光材料较多,主要涵盖玻璃、晶体、陶瓷等。影响稀土离子发光尤其是中红外波段发光主要受羟基浓度、非辐射跃迁、浓度淬灭的影响。为了获得有效的中红外发射,往往选取声子能量低的材料作为基质材料,而碲酸盐玻璃材料具有声子能量低、红外光谱范围宽、化学稳定性好等优点,有望成为中红外波段激光输出的基质材料。本文研究了铥钬共掺碲酸盐玻璃的光学性能及玻璃光纤的制备工作。研究Tm~(3+)离子和Ho~(3+)离子浓度和比例的变化及基质中羟基含量对Ho~(3+)离子在2.0μm波段荧光发射产生的效果,并制备出光谱性能优良的碲酸盐玻璃材料;提出并设计了碲酸盐-磷酸盐双包层玻璃光纤,匹配了纤芯玻璃和包层玻璃之间的性能参数,完成双包层光纤的制备及相关性能的测试工作。具体工作如下:1、研究碲酸盐玻璃基质中通过掺杂不同浓度的Tm~(3+)离子和Ho~(3+)离子对Ho~(3+)离子在2.0μm波段荧光性能的影响。首先在碲酸盐玻璃基质中掺杂一定浓度的Tm~(3+)离子,通过调控Ho~(3+)离子的浓度来研究Ho~(3+)离子的浓度变化对碲酸盐玻璃基质中Ho~(3+)离子的荧光性能的影响;其次在玻璃基质中掺杂一定浓度的Ho~(3+)离子,通过改变Tm~(3+)离子的浓度来研究Tm~(3+)离子浓度的变化对碲酸盐玻璃基质中的Ho~(3+)离子的荧光性能的影响。2、通过研究不同的除水方法对玻璃基质中的羟基的影响。首先研究纯物理除水方法对玻璃材料性能的影响,在玻璃材料熔制过程中采用真空干燥及高温干燥的方式来研究玻璃材料中羟基含量及玻璃材料的光谱性能;其次研究在玻璃材料中引入一定含量的氟化物对玻璃材料中羟基及光学性能的影响;最后研究在玻璃熔制过程中通入一定时间O_2+CCl_4气体对玻璃材料中羟基含量及光学性能的影响。3、进行双包层玻璃光纤的设计与制备。以碲酸盐玻璃作为纤芯和内包层材料,以磷酸盐玻璃作为外包层材料,设计并制备了异质双包层多模和单模光纤。匹配纤芯与包层间的折射率:一方面降低纤芯数值孔径(NA);另一方面提高光纤内包层数值孔径(NA)。匹配纤芯玻璃与包层玻璃之间的热学性能,保证其拉丝温度相近。实验通过管棒法制备了双包层光纤预制棒,采用二次拉丝技术,成功制备出双包层多模光纤和单模光纤;对制备的光纤进行吸收与损耗等相关光学性能测试,得到光纤的光学参数。


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