高非线性硫系玻璃光纤的制备技术及性能研究

摘要

硫系玻璃具有优良的红外透过性能、高折射率、极高的线性和非线性性能、低声子能量、组分灵活可调等特点。通过硫系玻璃材料制备的硫系玻璃光纤，兼具了硫系玻璃的特性以及光纤体积小、易弯曲、利于器件集成化、小型化等特点。在高非线性的硫系玻璃材料基础上开发具有超高非线性结构的悬吊芯光纤，可以实现远超石英光纤或传统芯包结构的硫系玻璃光纤的超高非线性，此外硫系悬吊芯光纤还具有色散可控、模场面积可调等特点。在拉曼频移、波长转换、超连续谱产生以及信号再生等方面都有着非常广泛的应用潜能，这些都是非线性研究领域的重要内容。
　　在综述传统挤压法优缺点基础上，我们改进了传统芯-包一体材料的挤压制备硫系悬吊芯光纤的技术，设计出通过芯-包独立复合材料的新型悬吊芯光纤制备新方法。我们选用高纯As2S3玻璃作为纤芯玻璃材料，并选用Ge20As20Se15Te45玻璃作为外部支撑包层环的材料，在复合悬吊芯挤压模具上制备出复合材料硫系悬吊芯光纤，并分析了光纤的非线性性能以及研究了该光纤在超连续谱方面的性能。
　　第一章介绍了硫系玻璃材料相比于其他玻璃材料的优良特点及其应用，进一步分析了硫系玻璃在制备高非线性光纤方面的优势，最后总结分析了高非线性硫系悬吊芯光纤的研究目的及其应用价值。
　　第二章分析了悬吊芯光纤纤芯直径对光纤色散的影响，进一步研究了在超连续谱泵浦时泵浦功率、泵浦波长、泵浦光纤长度以及泵浦脉冲宽度对超连续谱展宽的影响。
　　第三章研究了在总结其他研究者关于 As2S3玻璃制备方法的基础上，制备出高纯 As2S3玻璃。经过蒸馏提纯制备的 As2S3玻璃其红外透过性能明显提高，整个玻璃透光谱光滑平整无明显的吸收峰。
　　第四章研究了通过挤压法制备了 As40S60/As38S62芯包结构硫系光纤，获得了低损耗芯包结构硫系光纤。该实验证明通过挤压法可以制备出低损耗的硫系玻璃光纤。
　　第五章介绍了传统挤压法制备硫系悬吊芯光纤的优缺点，并在传统挤压法基础上提出了新型挤压法制备复合材料硫系悬吊芯光纤。利用自主设计的挤压模具，挤压出复合材料悬吊芯光纤预制棒，通过复丝拉制获得了非线性极高的复合材料悬吊芯光纤。
　　第六章对复合材料悬吊芯光纤的非线性性能进行了分析并且研究了该光纤在超连续谱方面的性能。经过理论计算，该复合材料悬吊芯光纤的非线性系数约10377W-1·km-1@1μm。通过光斑测试以及损耗测试，证明了该光纤具有良好的导光性能；最后通过控制不同泵浦波长和不同泵浦功率，分析了该光纤的超连续谱性能。
　　在文章的最后，对全文进行了总结，分析了文中的一些不足和下一步的研究方向。

目录

声明

引言

1绪论

1.1硫系玻璃及硫系光纤的概述

1.2硫系悬吊芯光纤

1.3光纤非线性

1.4硫系悬吊芯光纤制备工艺

1.5本论文研究内容

2光纤色散及SC产生的理论基础

2.1光纤色散

2.2 SC谱输出效果的影响因素

2.3本章小结

3高质量硫系玻璃制备及性能测试

3.1 As-S硫系玻璃的样品制备

3.2 As-S硫系玻璃性能测试

3.3本章小结

4低损耗阶跃型硫系玻璃光纤的挤压制备及其性能分析

4.1阶跃型As40S60/As38S62 预制棒及光纤制备

4.2阶跃型As40S60/As38S62光纤性能分析

4.3本章小结

5.1复合材料悬吊芯光纤的结构设计

5.2复合材料悬吊芯光纤预制棒的挤压制备方法

5.4本章小结

6.1尺寸外观

6.2复合材料悬吊芯光纤的光斑

6.3复合材料悬吊芯光纤的损耗测试

6.4复合材料悬吊芯光纤的SC测试

6.5本章小结

7结论与展望

参考文献

在学研究成果

致谢