伽马辐照对掺镱光纤材料特性影响的研究

掺镱光纤是高功率激光器的核心材料,但在高能射线辐照后其应用性能会显著下降,因此有必要对掺镱光纤材料在辐照环境下的性能变化进行深入研究。采用改进型化学气相沉积法结合稀土螯合物掺杂制备了系列光纤预制棒及光纤,测试了光纤在不同剂量下射线辐照前后的高功率输出性能,以及光纤预制棒辐照前后的吸收光谱及镱离子荧光寿命。结果表明:小剂量辐照后掺镱光纤的高功率输出显著下降,通过预制棒吸收光谱可看出主要是因为伽马辐照后使掺镱光纤材料中Al的相关缺陷浓度增多,在可见光区域吸收损耗增加。Ce离子的掺杂通过缓减辐致铝氧空位中心(Al-OHC)色心缺陷的增加,减少Yb离子荧光寿命的下降,可在一定程度上抑制高功率掺镱光纤的辐致暗化。     

中子辐照对掺镱光纤材料光学特性的影响

采用改进型化学气相沉积法结合稀土螯合物掺杂制备了系列掺镱光纤预制棒及光纤,并测试了光纤(预制棒)辐照、退火前后的光学性能.结果表明:中子辐照后掺镱光纤材料中与Al相关的缺陷浓度增多,导致光纤材料在可见光区域吸收损耗增加.Ce离子的掺杂可缓减铝氧空位中心(Al-OHC)等色心缺陷的增加,从而有效抑制掺镱光纤的辐致暗化效应.热退火可降低中子辐致色心缺陷的浓度从而降低光纤材料的吸收,在一定程度上消除暗化效应.     

Yb/P/Al共掺双包层光纤的制备与激光性能

采用改进化学汽相沉积结合溶液掺杂法制备了Yb/P/Al共掺的石英光纤预制棒,通过光纤芯层的组份和制备工艺的优化,实现了Yb3+的高浓度掺杂和均匀掺杂.预制棒芯层Yb2O3掺杂浓度达到～4wt.％,Yb3+在1 080 nm处荧光寿命为1 780μs.成功拉制出内包层截面形状为八边形的双包层光纤,纤芯直径为7.5 μm,包层吸收系数达到～5 dB/m@976 nm.利用拉制的掺镱双包层光纤开展了全光纤结构的掺镱光纤激光器性能测试实验,实现了5.15W的激光输出,斜率效率达到76％.     

掺Bi石英光纤的γ射线辐照和温度影响特性

采用改进的化学气相沉积法制备了尺寸为10/130 μm的掺Bi单包层石英光纤, 把光纤分成若干组之后置于不同剂量的⁶⁰Co γ辐射源下辐照, 测试了光纤在辐照前后的吸收谱和荧光谱, 并测试了光纤在全温度范围(-40–70 ℃)下荧光强度的变化. 实验结果表明, 辐照后700, 800 nm处的吸收峰显著增强, 这是由于辐照导致更多Bi 近红外活性中心的生成. 976 nm光抽运不同剂量辐照后的光纤, 中心位于1230 nm的荧光谱没有明显变化, 验证了掺Bi石英光纤用于太空及辐照环境下光通信的可能性. 在全温度范围内, 分析了荧光强度的变化规律, 为今后掺Bi光纤激光器的稳定工作提供了数据基础.     

基于下陷内包层设计的大芯径掺氟光纤表征及性能

采用体式显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱表征了不同氟浓度、波导结构条件下光纤预制棒锥区及光纤的表面形貌与微观结构,用光纤综合参数分析仪、自制输出激光刀头分析了大芯径掺氟包层光纤的损耗、激光传输效率.结果表明:随着氟含量的升高,氟挥发现象愈加明显,传统大芯径掺氟包层光纤表面产生的裂纹、凹坑等缺陷增多,光纤损耗略有增加,激光传输效率下降;采用下陷掺氟内包层设计有效抑制了大芯径掺氟包层光纤制备过程中的氟挥发、析晶现象,1 200nm波段光纤损耗为3.99dB/km,平形和球形光纤2μm波段的激光传输效率分别达到88.9%和88.4%,性能明显高于传统结构光纤.     

高性能1018 nm光纤及激光器实验研究

对光纤预制棒制备过程中沉积的气体流量、管内压强等参数和光纤掺杂组分进行了研究. 研究发现通过共掺其他元素, 可以使掺镱光纤的荧光谱发生移动. 基于此, 制备了有利于1018 nm激光输出的掺镱双包层光纤. 在增益光纤长度为7 m时, 实现了22.8 W的1018 nm激光输出, 光-光效率接近70%, 并且没有观察到明显的自发辐射和饱和现象. 关键词： 光纤激光器 双包层掺镱光纤 1018 nm     

伽马辐照对掺铒光纤性能影响的研究

为了推进掺铒光纤抗辐射性能的研究,全面掌握掺铒光纤性能在辐照条件下的变化规律。基于色心模型对掺铒光纤的辐照作用机理进行了分析,并据此对掺铒光纤在辐照中的性能变化趋势进行了预测推断。然后根据掺铒光纤的工作原理和应用特性,在伽马辐照条件下对两种不同型号(EDF-L-980和MP980)掺铒光纤的980 nm波段损耗谱、1 530 nm波段损耗谱以及发射光谱的特性进行了在线实时监测,并在辐照停止后进行了恢复测量。研究表明,在辐照中两种掺铒光纤的性能变化趋势一致。在损耗谱方面,980 nm波段和1 530 nm波段的损耗随辐照单调增加,980 nm吸收峰与1 530 nm吸收峰处的损耗与辐照剂量呈近似线性关系;在发射光谱方面,发射光谱强度随辐照单调降低,光谱能量向长波方向转移,平均波长和光谱带宽大幅增加,1 530 nm发射峰处的发光强度与辐照剂量也呈近似线性关系。辐照停止后,掺铒光纤体现出了一定的恢复能力,但是各项参数的恢复均不到40%。各项实验结果与理论模型和分析预测匹配良好,证明了辐照对掺铒光纤性能影响理论解释的合理性。     

双包层大模场面积保偏掺镱光子晶体光纤研究

采用改进的化学气相沉积法和溶液掺杂法制备出掺镱石英光纤预制棒,以该预制棒为有源纤芯制备芯区直径约为30μm的双包层保偏掺镱光子晶体光纤.模拟计算得到该保偏光纤的模场面积约232μm2,双折射系数B为5×10-5.利用该光纤分别进行了脉冲激光和连续激光的放大测试实验,在国内首次实现了高效率的飞秒激光放大,2 m长的光子晶体光纤可得到1.64 W的激光输出,激光放大斜率效率为49.8%.同时5 m长的光纤还能够实现8.12 W的连续激光放大输出,斜率效率达到55.9%,具有较高的斜率效率.此外,该光纤消光比约10 dB,具有良好的保偏特性.     

掺铥光纤γ射线辐照效应实验研究

面向2μm掺铥光纤激光器的空间应用,本文针对典型商用掺铥光纤(TDF)开展了γ射线辐照效应实验研究。利用~(60)Co源放射的γ射线,对由5段同批次Nufern公司SM-TDF-10P/130-HE型TDF样品搭建的2μm光纤激光器进行总剂量为9.0 krad(Si)、剂量率为0.5~3.0 rad/s的辐照效应在线测试。结果表明,TDF的出光性能在辐照过程中出现了显著衰减,衰减幅度随着剂量率的上升而增大。通过对TDF样品在辐照前和辐照后的吸收光谱进行对比测试,观察到在经过总剂量9 krad(Si)的γ射线辐照后,TDF对793 nm泵浦光的吸收峰接近消失。对前述经历γ辐照之后的TDF样品进行2 h的793 nm泵浦光漂白实验测试,未见其出现性能恢复现象。可见,面向空间应用的该典型掺铥光纤需大力提高耐空间辐射性能。     

石英基掺Tm3+包层抽运光纤激光器

在MCVD车床上利用“湿法”掺杂方法研制出纤芯高掺Ge的石英基掺Tm³⁺光纤预制棒,采用侧面研磨和抛光工艺制成横截面为正六边形的光纤预制棒.经拉丝,内层涂覆低折射率材料后制成包层抽运光纤.测试其吸收谱,并对光纤参数进行优化.通过在光纤两端紫外写入光纤Bragg光栅,制成线形光学谐振腔,在工作波长793nm的激光抽运下,获得工作波长1947.1031nm、功率2.05W的激光输出.由此证明这种光纤具有优异的光学特性. 关键词： 3+光纤')" href="#">石英基掺Tm³⁺光纤 光纤Bragg光栅 包层抽运 光纤激光器     

掺Yb3+双包层光纤激光器实验中的荧光分析

在研究掺Yb3+光纤激光器的实验中,发现伴生有可见区的荧光,用光谱仪测量发现该可见区荧光的波长分别为639.4 nm,520.7 nm,487 nm和474.8 nm,通过对比分析掺Yb3+光纤中杂质的能级结构,发现伴生的红、绿、蓝荧光由Yb3+与Pr3+合作产生,其荧光过程是由于Yb3+离子的能量转移给Pr3+,由Pr3+受激辐射产生的红、绿、蓝荧光.实验结果表明:掺Yb3+双包层光纤吸收泵浦光后产生的荧光是上转换的,这会导致光纤激光器激光能量转换效率的降低.     

双包层掺Bi光纤的制备及其光谱特性研究

用改进的化学气相沉积方法和溶液掺杂方法制备了掺Bi双包层石英基光纤. 测试了掺Bi光纤预制棒切片的吸收光谱和掺Bi光纤在特定波长下的吸收系数,在不同波长的激光激发下, 研究了掺Bi光纤的近红外荧光光谱. 掺Bi光纤在976 nm激光激发下,其荧光光谱范围在1000---1400 nm之间, 荧光峰的峰值位于1140 nm附近,半高宽约为130 nm;在793和808 nm激光激发下得到了 1000---1700 nm的超宽带近红外荧光,半高宽超过250 nm.通过对掺Bi光纤预制棒切片进行900 ℃ 保温1 h的热处理后,发现在808 nm激光 激发下预制棒切片的荧光强度增加了近4倍.研究结果表明,具有超宽带荧光特性的双包层掺Bi光纤 有望作为超短脉冲激光器和可调谐激光器的增益介质.     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

基于粉末烧结技术制备镱铝共掺大模场光子晶体光纤

采用粉末烧结技术制备出高浓度镱铝共掺石英棒,Yb3+掺杂浓度为12 000 ppm(wt).利用此掺镱石英棒作为纤芯,拉制出镱铝共掺大模场光子晶体光纤,光纤模场面积为550μm2,模场直径26 μm.实验结果表明:光纤在近红外波段(850～1 033 nm)出现一个宽的吸收带,主吸收峰波长位于976 nm,在此波长处吸收损耗高于10 dB/m;采用波长为971 nm的激光泵浦光纤,在1 050～1 125 nm波长范围内产生高斯型的荧光峰,峰值波长位于1 088 nm处,荧光半宽高45 am.     

基于粉末烧结技术制备镱铝共掺大模场光子晶体光纤

采用粉末烧结技术制备出高浓度镱铝共掺石英棒,Yb3+掺杂浓度为12 000ppm(wt).利用此掺镱石英棒作为纤芯,拉制出镱铝共掺大模场光子晶体光纤,光纤模场面积为550μm2,模场直径26μm.实验结果表明:光纤在近红外波段(850～1 033nm)出现一个宽的吸收带,主吸收峰波长位于976nm,在此波长处吸收损耗高于10dB/m;采用波长为971nm的激光泵浦光纤,在1 050～1 125nm波长范围内产生高斯型的荧光峰,峰值波长位于1 088nm处,荧光半宽高45nm.     

高效率掺Tm~(3+)双包层光纤及光纤激光器的研制

掺Tm3+光纤激光器有着广泛的应用前景,而掺Tm3+光纤是其核心与关键.本文采用改进的化学汽相沉积(MCVD)工艺和气相液相复合掺杂技术,在MCVD机车上实现了掺Tm3+石英光纤预制棒的制备,并制备了掺Tm3+石英双包层光纤(芯包比为10/125).利用上述光纤搭建直腔型全光纤激光器,在波长为793nm的LD抽运下,获得激光光谱中心波长为2002 nm,最大的激光输出功率30.7 W,光纤斜率效率为59.32%.     

石英基掺Yb3+光纤中Al3+共掺特性的研究

基于实验测试结果分析了用于大功率光纤激光器的石英基包层抽运掺Yb3+光纤中Al3+共掺的特性.揭示出在高掺Yb3+的石英基光纤中,共掺Al3+的摩尔浓度为Yb3+摩尔浓度的9-11倍时既可以减小Yb3+的浓度猝灭概率,又可以获得高吸收系数,同时还可更好地满足数值孔径的要求的结论.在此基础上利用MCVD设备并结合湿法掺杂工艺制作出多根石英基掺Yb3+光纤预制棒,对拉丝后光纤的相关参数测试表明,通过精确控制疏松层的沉积温度,掺Yb3+光纤在976 nm波长的吸收系数可高达620 dB/m,且重复性好.这一结论为共掺Al3+的掺Yb3+光纤制作提供了良好的借鉴作用.     

强泵浦下掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性数值分析和实验研究

对强泵浦下线形腔掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性进行了理论和实验研究。通过数值模拟,分析了泵浦光及激光在光纤中的分布、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度及腔镜反射率对激光输出功率的影响。在实验中,利用D型掺Yb3+双包层光纤获得了输出功率10 6W的光纤激光输出,斜率效率达86%。测量了在不同输出耦合条件下的输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率,理论分析与实验结果基本一致,为进一步提高光纤激光器功率提供了理论和实验依据。     

高功率脉冲电子束辐照SiO_2的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律.光学显微图像表明,辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂,裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大,采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌,裂纹宽度约1μm,同时样品表面分布着大量尺寸约0.1—1μm的碎片颗粒.吸收光谱测试表明,所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰,吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势.荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带,分别位于460,494和520 nm,荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致.利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响,结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低.在剂量较低时,导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷;剂量较高时,导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收.     

全光纤化的被动式亚纳秒脉冲Yb光纤激光器研究

报道了一种可以被动式产生高峰值功率亚纳秒脉冲的全光纤化的新型Yb光纤激光器.通过在15m长度的Yb增益光纤和一对光纤光栅对组成的线性谐振腔内直接熔接一段特殊掺杂的Bi/Cr共掺石英光纤,在975nm的半导体激光器连续抽运下,实现了高重复频率的高峰值功率亚纳秒短脉冲激光输出.实验结果表明,输出激光的重复频率与吸收的抽运光...