發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 11:17

　　 隨著科技的進(jìn)步,光纖激光器由于高功率、高亮度和高效率等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域,成為新一代激光器的代表。摻鐿光纖激光器在高功率輸出方面具有巨大潛力,以鐿為核心增益介質(zhì)的特種光纖的制備則直接影響著高功率光纖激光器的輸出性能。本論文對(duì)鐿摻雜鋁硅二元體系光纖進(jìn)行材料表征性能和激光性能研究,同時(shí)結(jié)合理論方法對(duì)其進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,為摻鐿光纖材料本征特性提供理論解釋。最后對(duì)鐿鋁硅光纖研究結(jié)果進(jìn)行綜合分析,為改進(jìn)鐿摻雜光纖的配方與制作工藝提供數(shù)據(jù)對(duì)比,并提供相應(yīng)改進(jìn)意見(jiàn)。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用螯合物氣相摻雜法制備雙包層鐿摻雜鋁硅光纖,并介紹理論計(jì)算的研究方法,即采用分子動(dòng)力學(xué)模擬淬火過(guò)程得到熔石英模型,基于密度泛函理論的第一性原理對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。(2)采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)鐿鋁硅光纖進(jìn)行材料表征性能研究。實(shí)驗(yàn)中對(duì)光纖進(jìn)行截面元素分布、折射率分布、吸收光譜等性能表征測(cè)試,結(jié)果表明纖芯中的元素?fù)诫s濃度和折射率分布相對(duì)均勻,但吸收能力相對(duì)較弱。理論計(jì)算中,構(gòu)建Yb-AlSi團(tuán)簇模型并進(jìn)行性質(zhì)計(jì)算,從原子層面證實(shí)了Yb離子在光纖中存在價(jià)態(tài)為+3價(jià),以及吸收波長(zhǎng)在976 nm附近,同時(shí)說(shuō)明理論計(jì)算的可行性。(3)自主搭建鐿鋁硅光纖激光器測(cè)試系統(tǒng),對(duì)光纖激光進(jìn)行性能研究。主要包括對(duì)光纖進(jìn)行斜率效率、激光光譜、光束質(zhì)量、輸出激光穩(wěn)定性等方面測(cè)試。研究結(jié)果表明,輸出激光光譜很純凈,泵浦光吸收完全,未出現(xiàn)非線性效應(yīng),在最高功率下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性考核過(guò)程中輸出功率未出現(xiàn)明顯下降現(xiàn)象,但激光輸出效率低下,光束質(zhì)量因子增大,說(shuō)明光纖內(nèi)出現(xiàn)模式競(jìng)爭(zhēng),此現(xiàn)象不利于高功率激光輸出。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

功率與高效率等優(yōu)勢(shì)逐步得到重視與發(fā)展，并且在激光器與放大器方面取得??的研宄進(jìn)展。如今，高功率摻鐿光纖激光器的發(fā)展處于日新月異的狀態(tài)，鑒??在醫(yī)療、工業(yè)、國(guó)防科技等領(lǐng)域的廣泛用途，如何快速發(fā)展出更高功率的光??光器已成為評(píng)判國(guó)家科研能力的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，并且目前高功率摻鐿光纖激??市場(chǎng)的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)己進(jìn)入白熱化階段。??１國(guó)外高功率摻鐿光纖激光器發(fā)展現(xiàn)狀??科技才能強(qiáng)國(guó)，激光技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展是２０世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，影響??球的發(fā)展與進(jìn)步。目前摻鐿光纖激光器己廣泛應(yīng)用于工業(yè)市場(chǎng)中，但在高性??鐿光纖以及高功率摻鐿光纖激光器的研制方面，具有較高的技術(shù)壁壘，國(guó)外??科學(xué)院、耶拿大學(xué)、英國(guó)南安普頓大學(xué)等各個(gè)研究機(jī)構(gòu)，此外還有ＩＰＧ、??ｒｅｎｔ、Ｔｒｕｍｐｆ、ｎＬｉｇｈｔ等公司，在國(guó)內(nèi)光纖激光器領(lǐng)域中明顯占據(jù)很大的市??額，其中１ＰＧ公司身為光纖激光器發(fā)展領(lǐng)域巨頭，更是占據(jù)主導(dǎo)地位。圖??述了國(guó)外各年份摻鐿光纖激光器最高功率的研宄與發(fā)展現(xiàn)狀，截至目前報(bào)??知，單模光纖激光器輸出功率達(dá)到２０?ｋＷ，而多模光纖輸出功率高達(dá)到１００??也是目前為止，摻鐿光纖激光器的最高功率輸出記錄。??

１９９８?２０００?２００２?２００４?２００６?２００８?２０１０?２０１２?２０１４??Ｙｅａｒ??圖１－１國(guó)外摻鐿高功率光汗激光器發(fā)展現(xiàn)狀（ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ，ＳＭ：?jiǎn)文�，ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ，ＭＭ：�??模）。??１９８８年，由于雙包層光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，使得多模的高功率泵浦光注入??到內(nèi)包層中，增大纖芯吸收，提高輸出功率與激光效率，實(shí)現(xiàn)光纖激光器高功率??輸出的可能［１７］。１９９９年，Ｖｉｎｃｅ?Ｄｏｍｉｎｉｃ等人實(shí)現(xiàn)摻Ｙｂ光纖激光器１１０?Ｗ連續(xù)??３??

（８＋１）型雙向泵浦１１．２３?ｋＷ輸出，該科研成果是我國(guó)在分布式側(cè)面泵浦技術(shù)和??國(guó)產(chǎn)光纖激光材料領(lǐng)域的最高激光輸出紀(jì)錄另外，也實(shí)現(xiàn)單纖３?ｋＷ、６．８５??ｋＷ以及１０?ｋＷ輸出［４Ｍ３１。如圖１－３，簡(jiǎn)明且直觀的顯示了近年來(lái)國(guó)內(nèi)高功率摻鐿光??纖激光器發(fā)展現(xiàn)狀。??個(gè)??ＰＩＬＦ－ｆｉｂｅｒ：?１０?ｋＷ??１００００?？??８０００?－??／?￥Ｍ?ｋＷ??＾?６０００?－??Ｉ?／??＜４０００－??ＳＭ＝３?ｋＷ／??細(xì)．?撕：丨層?ＳＭ＝＇－５＾??．?Ｍ?——?■??■■??Ｉ??０?Ｌ?■？?＊?■．?？?ｉ?１?．?ｉ?．?ｔ?，?＿?ｉ?ｉ?．?）?．??１９９８?２００１?２００４?２００７?２０１０?２０１３?２０１６?２０１９??Ｙｅａｒ??圖１－３國(guó)內(nèi)高功率摻鐿光纖激光器發(fā)展現(xiàn)狀。??此外，如武漢銳科，是國(guó)內(nèi)光纖產(chǎn)業(yè)的龍頭，己發(fā)展多種類型激光器與相應(yīng)??光纖光柵器件，逐漸占據(jù)市場(chǎng)份額。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)光纖激光器的發(fā)展越來(lái)越迅??速，逐漸追趕國(guó)際水平，但在批量生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用、更高功率摻鐿光纖激光器??與光纖器件研制等方面還有明顯差距。如若縮小差距，打破技術(shù)壁壘，就要對(duì)摻??鐿光纖制備工藝的改進(jìn)投入大量實(shí)驗(yàn)與研究，使其在國(guó)防及工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮應(yīng)有??的作用。鐿摻雜鋁硅是摻雜光纖最基本的組成成分，最優(yōu)的鐿摻雜鋁硅（Ｙｂ－ＡｌＳｉ）??二元體系光纖制備配方與工藝
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本文編號(hào)：2839099