基于挤压技术的新型七芯超大数值孔径硫系玻璃光纤制备及其光学性能研究

基于挤压技术制备新型七芯光纤.首先通过蒸馏纯化工艺和传统熔融淬冷法制备了As2Se3和As2S3两种玻璃,采用改进的分离式挤压法制备了光纤预制棒,并结合聚合物层的高温涂覆保护获得了结构完整的新型七芯硫系玻璃光纤,该光纤的数值孔径分布范围高达1.20～1.45.采用截断法测试了该光纤的损耗,最低损耗约为1.9 dB/m@...     

Te基远红外硫系玻璃光纤的制备及性能分析

随着光学技术由可见向中、远红外等长波长领域的发展,可透远红外的玻璃光纤研究成为近年来光学领域的发展热点之一.传统含Se的Te基硫系光纤无法工作于12μm以上的远红外.本文研究了新型GeTe-AgI硫系玻璃体系的提纯制备,利用挤压技术,制备了阶跃型GeTe-AgI远红外光纤,其光学损耗为:15.6 dB/m@10.6μm,整体低于24 dB/m@8—15μm.在实验过程中,首先采用传统的熔融-淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了GeTe-AgI高纯玻璃样品.利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了玻璃的物理性质和红外透过性能,分析了提纯工艺、AgI原料纯度对玻璃形成以及透过的影响,最后采用分步挤压法制备了芯包结构光纤.实验结果表明:蒸馏提纯和AgI原料纯度对玻璃的透过性能有着决定性的影响,同时Te含量的增加影响了玻璃的抗析晶能力,但新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同保障了较低损耗Te基光纤的制备,所获得的GeTe-AgI光纤具有远红外宽谱应用的潜能(工作波段5.5—15μm)并且绿色环保,可以满足CO_2激光的能量传输和远红外传感应用.     

低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析

中、远红外光学领域的发展,离不开低损耗光波导材料的发展,因此近年来远红外低损耗光纤一直是光学领域的热点之一.本论文在国内首次报道了一种基于挤压法的低损耗远红外光纤制备技术,获得了具有完整结构的远红外光纤,其损耗为:0.46 d B/m@8.7μm,1.31 d B/m@10.6μm,整体低于1 dB/m@7.2—10.3μm.在实验过程中,首先采用传统的熔融淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了Ge-As-Se-Te玻璃样品.利用X射线衍射仪和热膨胀仪等测试了玻璃的结构和物理性质,分析了Ge对玻璃热学性质的影响;利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃的光谱性质;综合比较了还原剂铝、镁的除氧效果.最后采用挤压法制备了芯包结构光纤.实验结果表明:镁的除氧效果佳,新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同推进了硫系光纤损耗的降低,所获得的Ge-As-Se-Te光纤具有远红外广谱应用的潜能(其透光波长接近12μm).     

高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生

测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15μm的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱(supercontinuum,SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0....     

Ga对新型远红外Te基硫系玻璃光学性能的影响

用传统熔融淬冷法制备了新型远红外Te基硫系玻璃(100-x)(GeTe₄)-xGa (x=0, 5, 10 mol%).利用差热分析(DTA)、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱等技术,在GeTe₄玻璃的基础上,通过引入较高配位金属Ga, 研究其对玻璃组成、结构和性能的影响,利用经典的Tauc方程计算了样品光学带隙允许的直接跃迁、允许的间接跃迁及Urbach能量.分析结果表明:在GeTe₄玻璃中引入 关键词： 光学材料 硫系玻璃 光学带隙 红外光谱     

八边形掺氟椭圆纤芯的光子晶体光纤设计研究

设计了一种新型的八边形纤芯为椭圆的空气孔掺氟的光子晶体光纤。通过全矢量有限元法(FVFEM)和各项异性完美匹配层法(APML)对所设计的光纤进行了仿真研究。数值结果表明所设计的光纤在1.34~1.72μm波段具有0±0.4ps/(nm·km)的超平坦色散,覆盖了S、C和L通信波段,且在同一波长范围处限制损耗低于10-7dB/m,在1.55μm波长处对应的双折射率和非线性系数分别为2.12×10~(-2)和50.67W~(-1)·km~(-1)。所设计的光纤在超连续谱产生、色散补偿、极化保偏等方面具有潜在的应用。     

七芯光子晶体光纤中百瓦量级超连续谱的产生

采用平均功率为141.6 W的皮秒光纤激光泵浦一段国产七芯光子晶体光纤,获得了平均功率为104.2 W、连续光谱覆盖范围从750至1700 nm以上的超连续谱输出.详细研究了超连续光谱随泵浦功率增加的演变过程,并对基于该七芯光子晶体光纤的超连续谱光源的光谱拓展和功率提升潜力进行相关的分析和讨论.该研究结果对高功率超连续谱光源的发展具有一定的参考价值.     

红外硫系微结构光纤的研究进展

硫系微结构光纤结合了红外硫系玻璃和微结构光纤的优点,在红外指纹区内分子结构鉴别、痕量气体检测、深空探测、红外激光传输等领域具有重大应用价值.本文从结构分类、应用特点和制备技术三方面,对目前红外硫系微结构光纤的研究进展进行了逐一介绍,并对硫系微结构光纤的未来发展进行了展望.     

宽带隙Ge-Se基硫卤玻璃的制备及其光纤性能

在超低色散零点的红外硫系玻璃光纤的需求背景下,选择两组Ge-Se基的硫系玻璃组分进行对比实验研究。通过对比各组分的特性参数,优化出合适的玻璃组分,并进行光纤拉制。研究结果表明:随着碘的摩尔分数从5%增至40%,玻璃的红外透过性得到显著提高,近红外吸收的截止波长出现明显蓝移,光学带隙逐渐增大,折射率减小,色散零点波长蓝移,玻璃转变温度降低,热膨胀系数逐渐增大;通过截断法得到了2.5～11.5μm光谱范围内的光纤损耗图谱,在5.9μm处的最小光学损耗约为16.9 dB/m。     

多芯光子晶体光纤高功率超连续谱光源

分析基于单芯光子晶体光纤的超连续谱光源在提升平均输出功率时所面临的问题,指出采用多芯光子晶体光纤作为超连续谱产生介质是一种实现高功率超连续谱产生的潜在方案。使用自制皮秒光纤激光器泵浦一段国产多芯光子晶体光纤,实现了光谱范围750~1700 nm,平均功率42.3 W的全光纤化高功率超连续谱输出。     

19芯碲酸盐玻璃放大光纤的低串扰结构设计及性能仿真

基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰,该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量,尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题,同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤,并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真,系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明,优化设计后的光纤在1 550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值,可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。     

Ga2S3-Sb2S3-Ag2S硫系玻璃和光纤的制备及性能研究

本工作确定了一种新型的Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S硫系玻璃体系的玻璃形成区,研究了玻璃的热稳定性和光学性能、稀土离子掺杂玻璃的中红外发光特性以及玻璃的成纤性能,评估了该玻璃在中红外波段的应用潜力.实验结果表明,Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S体系的玻璃形成区为～10%—30%Ga₂S₃,～60%—80%Sb₂S₃和～0—15%Ag₂S(均为摩尔分数);该玻璃具有较宽的红外透过范围(～0.8—13.5μm)、较高的线性折射率(～2.564—2.713@10μm)和较大的三阶非线性折射率(～9.7×10^-14—15.7×10^-14 cm²/W@1.55μm);使用1.32μm激光抽运,稀土离子Dy...     

7×1中红外光纤合束器的设计、制备与性能

中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束,从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器(未熔接输出光纤),评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As₄₀S₆₀/As₃₈S₆₂光纤组束熔融拉锥而成,初始光纤的纤芯直径和包层直径分别为200μm和250μm,数值孔径为0.38～0.35(@2～6μm),拉锥比例R为3和4,锥形过渡区长度为2 cm。测试结果表明：当R=3时,制备的光纤合束器在3μm和4.6μm波长的端口传输效率分别为>90%和>87%;当R=4时,制备的光纤合束器在3μm和4.6μm波长的端口传输效率分别为>88%和>85%;光纤合束器输出端的光纤单丝之间未发生明显串扰。     

超低损耗硫系光纤制备与中红外激光传输性能

硫系玻璃作为一种优秀的红外材料,具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点,是制备红外传能光纤的理想材料之一。从硫系玻璃吸收损耗抑制和散射损耗抑制两方面入手,采用气（氯气）/气（玻璃蒸汽）、固（铝）/液（玻璃熔液）化学反应除杂方式降低光纤吸收损耗,建立了三维激光显微成像系统,检测玻璃及光纤内部的微米和亚微米量级的缺陷,优化制备工艺降低光纤散射损耗,制备出损耗为0.087 dB/m(@4.778μm)的硫系玻璃光纤。分别利用光纤激光器（波长为2.0μm）和双波长输出的光学参量振荡器（OPO）激光器（波长为3.8μm和4.7μm）进行激光传能实验,在单模光纤和多模光纤中分别实现了6.10 W(@2.0μm)和6.12 W(@3.8μm和4.7μm)激光传输。     

掺铒硫系玻璃的制备及其微结构光纤的中红外信号放大特性研究

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤对于中红外波段信号的放大特性, 采用熔融淬火法研制了Er³⁺离子掺杂的Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S₆₅硫系玻璃, 测试了玻璃样品的吸收光谱和2.7 μm波段荧光光谱, 利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论分别计算得到了Er³⁺离子的辐射跃迁概率、辐射寿命以及2.7 μm波段受激发射截面. 在此基础上, 建立了一个980 nm抽运下该玻璃基掺Er³⁺微结构光纤2.7 μm波段中红外信号的放大模型, 理论上研究了其作为2.7 μm波段中红外信号增益介质时的光放大特性. 结果显示, 硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤具有优异的高增益和宽带放大品性. 在200 mW抽运功率激励下的100 cm光纤长度上, 最大小信号增益超过了40 dB, 高于30 dB信号增益的放大带宽达到了120 nm (2696—2816 nm). 研究表明, Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S₆₅硫系玻璃基掺Er³⁺微结构光纤是一种理想的可应用于2.7 μm波段中红外宽带放大器的增益介质.     

新型远红外Ge-Te-I硫系玻璃性能研究

采用传统的熔融-淬冷法制备了系列Ge20Te80－xIx(x=2,4,6,8 mol%) 玻璃样品.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差热分析仪等设备系统测试了玻璃结构和物化性质,分析了卤素I对玻璃形成及稳定性的影响|利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃光谱性质,分析了I对玻璃的短波吸收及红外透过光谱的影响|利用Tauc方程计算了样品的直接和间接光学带隙.实验结果表明:I的引入,降低了Te的金属性,提高了Te基硫系玻璃的成玻能力|随着卤素I含量的增加,玻璃的密度减小,摩尔体积增大,且短波吸收截止边发生红移,光学带隙减小|I的引入提高了玻璃的热稳定性,其中玻璃组分为Ge20Te72I8样品热稳定性最好,其特征温度（ΔT）达到121℃|各Ge-Te-I玻璃样品均具有良好的红外透过性能,其红外透过范围为1.8~25 μm.     

新型远红外Ge-Te-I硫系玻璃性能研究

采用传统的熔融-淬冷法制备了系列Ge20Te80-xIx(x=2,4,6,8 mol％)玻璃样品.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差热分析仪等设备系统测试了玻璃结构和物化性质,分析了卤素I对玻璃形成及稳定性的影响;利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃光谱性质,分析了I对玻璃的短波吸收及红外透过光谱的影响;利用Tau...     

Pr3+掺杂Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃性能及光纤制备

采用熔融淬冷法制备了两种浓度的Pr³⁺掺杂GeSe₂-Ga₂Se₃-CsI(GGC)硫卤玻璃。在2.0μm激光激励下,比较了玻璃片(2 mm)和玻璃柱(6 mm)的荧光发射光谱。用Judd-Ofelt理论计算分析了Pr³⁺掺杂Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃的强度参数Ω_i(i=2,4,6)和辐射寿命τ_rad等光谱参数。通过拟合衰变曲线,测得了玻璃的荧光寿命值(0.5%Pr³⁺:3.08 ms)。所制备的光纤具备双包层结构,通过截断法得到光纤在7.6μm处的最低损耗为2.27 dB/cm。     

新型远红外Ge-Ga-Te-KBr硫系玻璃性能研究

用传统的熔融淬冷法制备了远红外Te基硫系玻璃(Ge15Ga10Te75)100-x(KBr)x(x=2、4、6、8mol%).利用X射线衍射仪、差示扫描量热仪等设备测试玻璃的结构和物化性质,分析了引入KBr对Te玻璃的结构、化学和物理热稳定性等方面的影响;利用分光光度计、红外光谱仪等光学方法研究了该类Te玻璃的光谱性质,分析了KBr对该类玻璃的短波吸收和红外透过光谱的影响;利用Tauc方程估算了玻璃样品直接和间接的光学带隙.实验结果表明:随着KBr含量的增加,玻璃的短波截止边发生红移,而红外截止边基本没有发生变化,该组玻璃始终保持较宽的红外透过范围.     

Se改良的远红外Te基硫系玻璃

将成玻性良好的Se逐步掺入到远红外Ge-As-Te玻璃中,观察其物理、光学特性的渐变过程.采用传统熔融淬冷法制备Ge_(10)As_(40)Te_(50-x)Se_x(x=0,10,20,30,40,50)系列玻璃,用X射线衍射仪、Raman光谱仪、热膨胀仪测试玻璃的内部微观结构和物化性质;用傅里叶红外光谱仪、分光光度计测试玻璃的可见/近红外与红外透射光谱等频谱性质;利用经典Tauc方程估算玻璃样品的直接和间接带隙.测试结果表明:Se含量的增加能有效提高玻璃的热稳定性,最高玻璃转化温度可达到233℃;可见/近红外短波截止边发生蓝移,光学带隙增大,透过范围广且透过性良好,红外透过率最高可达到56%,红外截止边仍然保持在20μm,当Se含量配比在低于2 mol的情况下,其热稳定性改善明显但光谱变化最小.最后,讨论了一种加还原剂Mg对该类玻璃进行提纯的方案,实验表明提纯后玻璃的透过谱线均匀平滑且无明显杂质峰.