掺铋石英基光纤的制备及其光谱性能研究

摘要

铋掺杂超宽带发光材料已经成为了当前的热点课题。2005年Dvoyrin等人制备出了铋掺杂光纤,并在之后的几年里在掺铋光纤中实现了1140-1500nm波段的激光输出。但是在掺铋玻璃和光纤的研究中,有两个问题依然制约着掺铋材料进一步的应用:(1)铋近红外发光的来源仍然不清楚且铋的近红外发光较弱;(2)在制备掺铋光纤预制棒时需要极高的熔融温度,所以易造成铋的大量挥发从而导致其制备较为困难,且目前仍然没有在单根掺铋光纤中实现整个全光通信波段的发光。
　　为了解决以上问题,本论文以铋的近红外荧光强度的增强和铋的近红外发光起源为课题做了进一步深入的研究。制备了掺铋光纤,研究了掺铋光纤的光谱性能。主要包括以下内容:
　　(1)制备了铝铋共掺硅酸盐玻璃,通过研究在掺铋玻璃的制备过程中引入了还原性气氛(Al粉)对铋的吸收光谱以及近红外和可见光波段的荧光光谱的影响,并对比了碱金属对铋近红外波段发光的影响,推断出铋的近红外发光来源于Bi+这一结论。
　　(2)研究了石英玻璃管类型、共掺杂离子以及掺杂方式在制备掺铋光纤预制棒过程中对铋近红外活性中心形成的影响。研究表明利用缩棒时温度较低的薄壁管制备掺铋光纤可以有效的避免铋离子的挥发,使铋较易实现掺杂;在掺铋光纤的制备中应该避免Yb3+等具有氧化性气氛的离子,应适当增加还原性气氛;溶液掺杂比气相掺杂更易制备掺铋光纤。
　　(3)在掺铋光纤预制棒切片中实现了1000-1600nm波段的宽带发光,实验发现有效的热处理可以很好的提高预制棒切片中铋的近红外发光强度。在D型双包层掺铋光纤中实现了1000-1700nm的宽带近红外发光,掺铋光纤有望作为此波段的激光器、放大器和荧光光源的增益介质。

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1 绪论

1.1 铋掺杂玻璃

1.2 铋掺杂光纤

1.3 铋掺杂光纤的应用

2 实验过程与理论基础

2.1 实验过程

2.2 性能测试

2.3 理论计算

2.4 本章小结

3 铝铋共掺硅酸盐玻璃的光谱特性研究

3.1 实验

3.2 结果与讨论

3.3 小结

4 掺铋石英基光纤的光谱性能研究

4.1 实验

4.2 结果与讨论

4.3 小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

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