全氟化物玻璃光纤和微纳复合玻璃的制备及性能研究
发布时间：2021-10-12 21:53
中红外波段因覆盖着大气窗口区以及很多气体分子的吸收谱线,故此波段的激光在军用及民用等众多领域都展现了重要的应用前景,发展并利用好中红外激光对国防和经济的发展都有着至关重要的意义。基于此,中红外激光材料的研究就显得尤为重要,在所有的中红外激光材料中,氟化物玻璃及其衍生材料光纤和微纳复合玻璃由于有着低的声子能量、高的稀土离子溶解度以及优异的中红外光谱性能,被认为是理想的中红外激光增益介质材料。然而,目前氟化物体系材料仍然存在着较差的稳定性问题,需要进一步发展。本论文以此为研究背景,对氟化物玻璃、光纤及微纳复合玻璃的制备及性能进行了系统的研究,具体工作和创新点如下:（1）系统研究了氟化物玻璃的改性剂以及除水剂中阴离子Cl-的引入对玻璃基质的影响,其中基质材料选用发展最为成熟的氟锆玻璃。实验发现不同含量Cl-的掺杂对氟锆玻璃产生的影响是非线性的。在掺入1 mol%氯离子时,玻璃的热稳定性、荧光性能都会急剧的降低,ΔT由不掺杂的84℃降至69℃,1.5μm处荧光寿命由20.3 ms降至8.9 ms。然而,随着氯离子的继续掺入,玻璃的性能会逐渐的恢复。产...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气透过光谱
上海大学硕士学位论文2在全球80多种类型的1500架飞机上安装了大型飞机红外对抗系统，可见红外激光对抗系统在空中的作用之关键。综上可见，中红外激光无论是在民用还是在军用领域都有着重要的应用潜力，为了满足这些应用需求，制备高质量的中红外激光器来获得稳定且高功率的激光输出是今后研究的主要方向。一代材料，一代器件，因此中红外激光器用介质材料的研究就显得尤为重要。1.2中红外激光介质激光器主要由泵浦源，增益介质以及谐振腔等三大主要部件组成，如图1.2所示[4]。其中增益介质是发生粒子数反转并且产生激光的地方，是激光器中最核心的部件。目前来说，主要的中红外激光介质有中红外玻璃及光纤、陶瓷、晶体以及具有较大发展潜力的微纳复合玻璃。由于陶瓷材料的复杂工艺和高的散射损耗，以及晶体材料的难于大尺寸制备和低的稀土离子溶解度等自身缺陷，这导致陶瓷和晶体在中红外激光介质领域发展受到一定的限制。图1.2激光器主要结构示意图其中重金属氟化物玻璃材料具有低的声子能量、高的中红外波段透过率、高的稀土离子溶解度以及极低的理论损耗(10-3dB/km)，同时还拥有着远优于硫系玻璃的损伤阈值，是目前唯一获得中红外激光输出的玻璃基质材料，因此被认为是理想的中红外激光增益介质。尽管如此，氟化物玻璃的热稳定性、散射损耗以及
上海大学硕士学位论文4的工作来建立更详细的解释。ZBLAN由于其组分更加复杂，详细的结构分析仍然比较困难。图1.3ZrF4-BaF2二元体系玻璃结构氟锆酸盐玻璃声子能量为579cm1，其传输波段可达4μm，氟锆酸盐光纤理论损耗最低可达10-3dB/km的数量级，如图1.4所示。不幸的是由于氟化物玻璃光纤仍存在如易析晶、稳定性差、制备条件严苛等很多瓶颈问题，导致目前商用光纤损耗高达50dB/km左右，低损耗氟锆光纤仍少有报道，美国海军研究所曾报道了经过LiF改性的ZBLAN光纤在2.55μm处的损耗为1dB/km，可制备长度60m[10]，日本电报电话公司（NTT）报道了经过NaF改性的ZrF4基光纤在2.6μm处损耗低至0.7dB/km，可制备长度30m[11]。图1.4ZBLAN玻璃光纤理论损耗氟锆酸盐玻璃及光纤的激光特性在很早就开始了全面的研究，氟锆酸盐玻璃
【参考文献】：
期刊论文
[1]Power scaling on tellurite glass Raman fibre lasers for mid-infrared applications[J]. Tianfu Yao,Liangjin Huang,Pu Zhou,Bing Lei,Jinyong Leng,Jinbao Chen. High Power Laser Science and Engineering. 2018(02)
[2]Investigation of clustering effects on erbium-doped fiber laser performance[J]. Md.Ziaul Amin,Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2017(01)
[3]氟化锶光学晶体的生长和性能[J]. 解学文. 人工晶体. 1981(01)
本文编号：3433369
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大气透过光谱
上海大学硕士学位论文2在全球80多种类型的1500架飞机上安装了大型飞机红外对抗系统，可见红外激光对抗系统在空中的作用之关键。综上可见，中红外激光无论是在民用还是在军用领域都有着重要的应用潜力，为了满足这些应用需求，制备高质量的中红外激光器来获得稳定且高功率的激光输出是今后研究的主要方向。一代材料，一代器件，因此中红外激光器用介质材料的研究就显得尤为重要。1.2中红外激光介质激光器主要由泵浦源，增益介质以及谐振腔等三大主要部件组成，如图1.2所示[4]。其中增益介质是发生粒子数反转并且产生激光的地方，是激光器中最核心的部件。目前来说，主要的中红外激光介质有中红外玻璃及光纤、陶瓷、晶体以及具有较大发展潜力的微纳复合玻璃。由于陶瓷材料的复杂工艺和高的散射损耗，以及晶体材料的难于大尺寸制备和低的稀土离子溶解度等自身缺陷，这导致陶瓷和晶体在中红外激光介质领域发展受到一定的限制。图1.2激光器主要结构示意图其中重金属氟化物玻璃材料具有低的声子能量、高的中红外波段透过率、高的稀土离子溶解度以及极低的理论损耗(10-3dB/km)，同时还拥有着远优于硫系玻璃的损伤阈值，是目前唯一获得中红外激光输出的玻璃基质材料，因此被认为是理想的中红外激光增益介质。尽管如此，氟化物玻璃的热稳定性、散射损耗以及
上海大学硕士学位论文4的工作来建立更详细的解释。ZBLAN由于其组分更加复杂，详细的结构分析仍然比较困难。图1.3ZrF4-BaF2二元体系玻璃结构氟锆酸盐玻璃声子能量为579cm1，其传输波段可达4μm，氟锆酸盐光纤理论损耗最低可达10-3dB/km的数量级，如图1.4所示。不幸的是由于氟化物玻璃光纤仍存在如易析晶、稳定性差、制备条件严苛等很多瓶颈问题，导致目前商用光纤损耗高达50dB/km左右，低损耗氟锆光纤仍少有报道，美国海军研究所曾报道了经过LiF改性的ZBLAN光纤在2.55μm处的损耗为1dB/km，可制备长度60m[10]，日本电报电话公司（NTT）报道了经过NaF改性的ZrF4基光纤在2.6μm处损耗低至0.7dB/km，可制备长度30m[11]。图1.4ZBLAN玻璃光纤理论损耗氟锆酸盐玻璃及光纤的激光特性在很早就开始了全面的研究，氟锆酸盐玻璃
【参考文献】：
期刊论文
[1]Power scaling on tellurite glass Raman fibre lasers for mid-infrared applications[J]. Tianfu Yao,Liangjin Huang,Pu Zhou,Bing Lei,Jinyong Leng,Jinbao Chen. High Power Laser Science and Engineering. 2018(02)
[2]Investigation of clustering effects on erbium-doped fiber laser performance[J]. Md.Ziaul Amin,Khurram Karim Qureshi. Chinese Optics Letters. 2017(01)
[3]氟化锶光学晶体的生长和性能[J]. 解学文. 人工晶体. 1981(01)
本文编号：3433369
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