硫系大模場(chǎng)光子晶體光纖的設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、3~20?m光譜范圍的中紅外激光在光譜學(xué)、遙感、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、激光切割、激光雷達(dá)和激光武器等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，使得該波段的高功率光纖激光器及放大器成為了國(guó)內(nèi)和國(guó)外研究者的研究熱點(diǎn)。為了克服石英材料的傳輸波長(zhǎng)限制和高功率密度引起的非線性效應(yīng)、光熱損傷等限制，硫系大模場(chǎng)光子晶體光纖將成為中紅外高功率光纖激光器及放大器的良好載體，其設(shè)計(jì)、制備以及傳輸特性的研究受到研究者的廣泛關(guān)注。
　　本文從理論和實(shí)驗(yàn)制備兩個(gè)方面仔細(xì)研究了硫系大模場(chǎng)光

2、子晶體光纖。理論上，重點(diǎn)研究了大模場(chǎng)光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)方法，采用多極法和光束傳播法設(shè)計(jì)了兩種大模場(chǎng)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，得到了較大的模場(chǎng)面積，通過(guò)理論模擬設(shè)計(jì)結(jié)果指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)制備。實(shí)驗(yàn)制備上，仔細(xì)地研究了硫系玻璃的光學(xué)、熱學(xué)特性以及機(jī)械性能，確定Ge20Sb15S65組分的硫系玻璃作為光子晶體光纖理想基質(zhì)材料，重點(diǎn)研究了硫系光子晶體光纖預(yù)制棒制備和拉制工藝，并采用本課題組研究的制備工藝?yán)屏瞬煌Y(jié)構(gòu)的硫系大模場(chǎng)光子晶體光纖。采用自主搭建的光纖測(cè)試

3、平臺(tái)測(cè)試了本文制備的光纖，其傳輸損耗約2-3 dB/m，模場(chǎng)面積為2000?m2。
　　第一章緒論簡(jiǎn)要的概述了光子晶體光纖的特點(diǎn)、傳輸機(jī)理，介紹了硫系玻璃的特性、大模場(chǎng)光子晶體光纖的研究進(jìn)展、實(shí)現(xiàn)方法及其應(yīng)用。本章末也重點(diǎn)指出了本課題的研究的意義和內(nèi)容。
　　第二章介紹了本文中數(shù)值模擬用到的多極法和光束傳播法，并作了簡(jiǎn)單的推導(dǎo)。
　　第三章提出了一種新型單模大模場(chǎng)紅外光子晶體光纖設(shè)計(jì)思路，并且探索了增大高階模損耗的方法

4、。并提出一種以無(wú) A s環(huán)保型 Ge20Sb15Se65硫系玻璃為基質(zhì)的單模傳輸、低限制損耗的新型超大模場(chǎng)光子晶體光纖，其在?=10.6?m處基模限制損耗遠(yuǎn)低于0.1 dB/m，高階模限制損耗約2 dB/m，模場(chǎng)面積約13333?m2。
　　第四章模擬設(shè)計(jì)了一種基于Ge20Sb15S65硫系玻璃的七芯大模場(chǎng)光子晶體光纖，通過(guò)調(diào)整光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)相位鎖定和模式整形。通過(guò)控制光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得了模場(chǎng)面積為1962?m2七芯光子

5、晶體光纖，該光纖可以減少紅外光譜范圍的非線性損傷。最后，對(duì)以上多芯光纖進(jìn)行了相干合成研究，其遠(yuǎn)場(chǎng)光束具有高亮度和高光束質(zhì)量特性，遠(yuǎn)場(chǎng)輸出光束強(qiáng)度約為單芯的49倍，Mx2=1.350，My2=1.295。
　　第五章詳細(xì)地介紹了硫系玻璃的制備過(guò)程和測(cè)試方法，并測(cè)試和分析了Ge20Sb15S65組分玻璃的光學(xué)、熱學(xué)以及機(jī)械性能。
　　第六章深入研究了機(jī)械鉆孔法制備硫系光纖預(yù)制棒的工藝，采用自主設(shè)計(jì)的高精度機(jī)械鉆孔裝置，制備了一系

6、列不同結(jié)構(gòu)的硫系光子晶體光纖預(yù)制棒。
　　第七章詳細(xì)地研究了硫系光子晶體光纖的拉制工藝，在430℃、4.35℃、465℃等溫度下制備了硫系光子晶體光纖，并對(duì)以上各溫度下光纖拉制后剩余的廢料進(jìn)行了透過(guò)光譜和 X射線衍射研究，證明該硫系玻璃組分具有良好光學(xué)和熱學(xué)性能，是一種理想紅外光纖材料；在430℃溫度下拉制了不同結(jié)構(gòu)的光纖，并對(duì)光纖進(jìn)行了近場(chǎng)和傳輸損耗測(cè)試，損耗約2-3 dB/m。
　　第八章，羅列了本論文總結(jié)的研究工作結(jié)論