基于硫系光子晶體光纖的紅外超連續(xù)譜的研究.pdf

1、隨著紅外探測技術(shù)與激光器的不斷發(fā)展，紅外波段的高功率超連續(xù)譜光源應(yīng)用范圍更加廣泛，例如航天、生物醫(yī)學(xué)、紅外傳感、物種識別、污染物監(jiān)測等諸多前沿領(lǐng)域，因此國內(nèi)外研究超連續(xù)譜光源也逐漸成為熱點。紅外超連續(xù)譜是窄帶高強度脈沖泵浦高非線性材料介質(zhì)，通過色散與高非線性的共同作用產(chǎn)生頻譜展寬的現(xiàn)象，其展寬范圍可以擴展到紅外區(qū)域。因此，研究紅外超連續(xù)譜是非常必要的一項課題。
　　要產(chǎn)生寬且平坦的紅外超連續(xù)譜，應(yīng)具有兩個必要條件：一是總色散曲線要

2、盡可能平坦且取值較小，輸入脈沖波長與零色散點要匹配；二是介質(zhì)材料具有較高的非線性。本文主要圍繞硫系玻璃材料展開課題的研究，硫系玻璃具有極寬的紅外透過范圍（其中S基硫系玻璃為0.4～11m，Se基硫系玻璃為1～15m，Te基硫系玻璃為2～20m），極高的線性折射率（2.2～3.5）和非線性折射率系數(shù)n2（是石英玻璃的100～1000倍），此外以硫系玻璃為基質(zhì)的光子晶體光纖擁有許多傳統(tǒng)芯-包結(jié)構(gòu)光纖所不具有的獨特性質(zhì)，如在中紅外區(qū)域透過率高

3、且透過范圍廣，高于石英玻璃達(dá)2～3個數(shù)量級的非線性系數(shù)，無截止單模傳輸，色散可控和有效模場面積可調(diào)等。其中，色散可控和高非線性對超連續(xù)譜的產(chǎn)生有非常大的優(yōu)勢，通過靈活調(diào)控色散零點和色散曲線的平坦度可以產(chǎn)生較高質(zhì)量的紅外超連續(xù)光譜；非線性是影響超連續(xù)譜產(chǎn)生的重要因素，通過減小模場面積、合理選擇介質(zhì)材料可以實現(xiàn)較高的非線性。本文研究了Ge20Sb15Se65玻璃的光學(xué)、熱學(xué)、機械等方面的特性，并以此為基質(zhì)從理論和實驗兩個方面深入分析該介質(zhì)材

4、料制備的光纖中超連續(xù)譜輸出，文章的組成結(jié)構(gòu)如下：
　　第一章緒論簡要概述了超連續(xù)譜近年來的研究進(jìn)展及其使用領(lǐng)域，對比總結(jié)出獲得超連續(xù)譜的常見光纖。介紹了硫系玻璃在光學(xué)、熱學(xué)等方面的性能特征，然后結(jié)合光子晶體光纖的特性說明了本文的研究內(nèi)容和意義。
　　第二章從麥克斯韋方程組入手，介紹了電磁波所滿足的波動方程，進(jìn)一步分析了適于解釋光脈沖傳輸?shù)膫鬏敺匠?，最后推?dǎo)出廣義非線性薛定諤方程。針對非線性薛定諤方程，熟悉解該方程的常用算法并

5、深入分析了各種非線性效應(yīng)對超連續(xù)譜的影響。
　　第三章依據(jù)有限元法設(shè)計了三層結(jié)構(gòu)和兩層復(fù)合材料的硫系光子晶體光纖，分別研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下光纖色散曲線的變化，計算了不同輸入波長下輸出的超連續(xù)譜的差異，并探究了峰值功率、脈沖寬度、泵浦波長等因素對輸出超連續(xù)譜的影響。
　　第四章實驗部分主要包括硫系玻璃Ge20Sb15Se65的提純制備過程，并分析了塊狀玻璃的透過光譜、DSC、硬度等性質(zhì)，采用機械鉆孔法制備了不同結(jié)構(gòu)的硫系光纖預(yù)