Dy3+掺GeS2·Ga2S3·CdI2玻璃光纤的制备及性能研究

摘要

中红外激光器被广泛应用于气体探测、医疗诊断、红外热成像、国防等众多领域，具有良好的发展前景。光纤激光器是其中最具实用价值和研究意义的一种，有抗干扰能力强、激光阈值小、输出波段丰富和结构紧凑成本低廉等优势。硫系玻璃具有高红外折射率、低声子能量的特性，是制备中红外增益光纤的理想材料。在硫系玻璃中找到一种同时兼顾低传输损耗、高量子效率、宽工作温度范围，特别是具有高稀土离子溶解能力且易于拉制光纤的玻璃基质是一项具有重大意义的工作。
　　本文在前人研究基础上，选择 Dy3+离子掺杂64GeS2·16Ga2S3·20CdI2(GGC)玻璃体系作为研究对象，通过熔融淬冷法制备了掺杂浓度2000~30000 ppm的玻璃样品，对其光学性能进行研究，通过红外吸收/透过光谱、中红外荧光光谱及荧光寿命测试研究 Dy3+离子的发光特性，确定最佳掺杂浓度。随后对原料采取蒸馏和加入TeCl4与羟基等含氢杂质反应相结合的方法对玻璃进行提纯处理，最大程度降低玻璃中羟基和水等杂质含量。并在此基础上成功拉制出 Dy3+离子掺杂浓度4000 ppm直径约为210μm圆度良好且不析晶的玻璃光纤。得出主要结论如下：
　　(1)近红外吸收光谱计算得到的对应波长吸收系数和吸收截面数据说明该玻璃体系具有良好的稀土离子溶解能力，Dy3+离子掺杂浓度从2000~30000 ppm都能均匀溶解，不影响基质成玻性能。(2)利用Judd-Ofelt理论计算得到了玻璃一系列光学参数，较大的强度参数Ω2和较长的理论辐射寿命τrad说明了该组份玻璃具有良好的中红外发光性能。(3)中红外透过光谱中存在较大的杂质吸收峰，而荧光光谱中荧光峰随稀土离子掺杂浓度的变化规律说明 Dy3+离子无辐射跃迁过程的主导因素是玻璃基质中存在的羟基、水等杂质与激发态电子之间的能量传递过程。(4)荧光寿命拟合结果说明Dy3+离子掺杂浓度2000~6000 ppm范围内并没有明显的浓度淬灭效应。掺杂浓度为4000 ppm左右为该组份玻璃的理论最佳浓度。(5)除杂工艺造成的杂质浓度变化规律说明热处理及蒸馏等除杂方法能够完全消除含碳杂质，并且一定程度降低玻璃中羟基等含氢杂质含量，但在与 TeCl4配合使用时需要避免真空加热处理时对其造成的分解。(6)光纤拉制结果说明掺杂浓度为4000 ppm的GGC玻璃预制棒具有良好的拉纤性能，且可以通过对折射的调整进一步制备出具有芯包层结构的单模光纤。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 中红外光纤激光研究进展

1.3 中红外跃迁稀土离子的选取

1.4 Dy3+掺杂硫系玻璃中红外光学性能研究进展

1.5 选题的目的及意义

第2章 硫系玻璃的制备及性能表征

2.1 引言

2.2 硫系玻璃的制备过程

2.3 硫系玻璃的性能表征

第3章 Dy3+掺杂硫系玻璃的光学性能研究

3.1 引言

3.2 硫系玻璃样品的基本物理性能

3.3 硫系玻璃样品的近红外光学性能分析

3.4 Judd-Ofelt理论计算

3.5 硫系玻璃样品的中红外光学性能分析

3.6 本章小节

第4章 除杂工艺对64GeS2·16Ga2S3·20CdI2中红外光学性能的影响

4.1 引言

4.2 除杂工艺流程

4.3 除杂工艺对硫系玻璃的透过光谱影响及分析

4.4 除杂工艺对硫系玻璃的荧光光谱影响及分析

4.5 除杂工艺对硫系玻璃的荧光寿命影响及分析

4.6 本章小节

第5章 Dy3+掺杂64GeS2·16Ga2S3·20CdI2硫系玻璃光纤的性能及表征

5.1 引言

5.2 Dy3+掺杂64GeS2·16Ga2S3·20CdI2硫系玻璃光纤的制备流程

5.3 光纤拉制结果及分析

5.4 本章小节

第6章 结论

致谢

参考文献