芯/包层结构玻璃微纳光纤的模拟、设计和制备

摘要

微纳光纤（也称亚波长直径光纤）与传统的单模光纤相比，具有小尺寸、低光学损耗、大比例倏逝波传输、大波导色散和易于弯曲等特性，在光纤通信、光纤传感和非线性光学等领域具有广泛的应用价值。目前微纳光纤的制备主要采用两步尖端拉伸法、化学合成法和激光烧蚀法等，光纤无包层且长度短，难以实现规模化生产。因此，研制一种既具有纳米芯径和包层结构、又可以大规模拉制的超长玻璃微纳光纤具有重要的意义。因此本文从理论和实验两方面对芯/包层结构玻璃微纳光纤进行了研究。
　　理论部分，通过模型仿真和数值分析建立光纤设计模型，根据光波导理论，分析了微纳光纤的单模和波导特性。结果表明亚波长量级芯径的微纳光纤，在比较大的纤芯和包层折射率差时仍可实现单模工作，但是太大的纤芯和包层的折射率差会缩小芯径的可选范围，因此合适的芯包层折射率差对微纳光纤的波导传输非常重要；且随着纤芯直径的减小，微纳光纤中越来越多的能量以倏逝波的形式扩散到包层中。
　　实验部分，通过高温熔炼法，制备了用于拉制芯/包层结构玻璃微纳光纤的磷酸盐玻璃芯料和掺镱磷酸盐玻璃包层料。然后对芯/包层结构玻璃微纳光纤的预制棒、光纤拉制，端面切割及磨抛工艺等进行了研究。并给出使用套管法和多步拉伸法制备芯/包层结构玻璃微纳光纤的设计方案。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2微纳光纤的发展状况

1.3微纳光纤的应用

1.4微纳光纤的倏逝波特性

1.5本论文的研究思路和主要工作

第二章 芯/包层结构玻璃微纳光纤的波导特性研究

2.1引言

2.2芯/包层结构微纳光纤的理论模型

2.3芯/包层结构玻璃微纳光纤的波导特性

2.4本章小结

第三章 用于芯/包层结构微纳光纤的玻璃料制备及性能研究

3.1引言

3.2实验设备

3.3实验过程

3.4玻璃的性能测定

3.5包层玻璃料配方的设计及性能研究

3.6纤芯玻璃料的配方设计及性能研究

3.7本章小结

第四章 芯/包层结构掺Yb3+磷酸盐玻璃微纳光纤的制备

4.1引言

4.2预制棒的设计

4.3预制棒的加工

4.4微纳光纤的拉制

4.5微纳光纤的加工

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2论文创新点

5.3研究展望

参考文献

附录1 程序清单

附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录3 攻读硕士学位期间申请的专利

附录4 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢