Yb3+掺杂SiO2-Al2O3-Y2O3光纤的制备、表征及其应用

论文摘要

单频（单纵模）光纤激光器因其在光通信、分布式光纤传感、相干激光雷达等领域以及微波和太赫兹波产生上的应用引起了人们的广泛关注。增益光纤作为单频激光器的重要组成部分,其材料的选取以及光纤的制备及其性能对光纤激光器的阈值和斜率效率等参数具有很重要的影响。虽然目前在高稀土离子掺杂浓度的磷酸盐和锗酸盐光纤的探索上有了一定的进展,但探索新的增益介质材料对单频光纤激光器的发展仍具有非常重要的意义。利用钇铝石榴石（YAG）材料作为纤芯材料制备了Yb3+离子掺杂SiO2-Al2O3-Y2O3光纤,具有较高的热导率和较低的布里渊增益系数;同时光纤中Yb3+离子可以简单地替换Y3+离子的位置,不会破坏材料本身的网状结构,可以实现更高的稀土离子掺杂浓度（20 wt%以上）,使光纤具有更高的单位长度增益。因此使用Yb3+离子掺杂的SiO2-Al2O3-Y2O3光纤作为增益介质有望用于搭建高效率的光纤激光器。本文针对Yb3+离子掺杂SiO2-Al2O3-Y2O3光纤的制备,光学性能研究,以及光纤激光器的设计与搭建等问题,展开了相应的实验研究。1.选用Yb3+离子掺杂的YAG晶体棒作为纤芯材料,用熔融芯法成功制备出了Yb3+离子掺杂浓度为3.26 wt%的SiO2-Al2O3-Y2O3光纤。光纤芯径为6.5μm,采用回切法测得该光纤的传输损耗为0.85 dB/m@1560 nm。此外,理论计算结果显示SiO2-Al2O3-Y2O3光纤中Yb3+离子的吸收和发射截面优于石英光纤和磷酸盐光纤,表明该光纤有利于搭建高效率的光纤激光器。2.单位长度增益为稀土离子掺杂光纤的一个重要参数。实验中,首先研究了Yb3+离子掺杂SiO2-Al2O3-Y2O3光纤的增益特性,其单位长度增益为3.9 dB/cm,该值与Yb3+离子掺杂的多组分磷酸盐玻璃光纤相当,且在实验过程中未观察到明显的光暗化现象,测试结果表明该光纤是一种潜在的单频光纤激光器增益介质。3.使用1 cm长的Yb3+离子掺杂SiO2-Al2O3-Y2O3光纤作为增益介质,反射率分别为99%和68%的布拉格光栅作为反射镜搭建了线形腔光纤激光器,获得了中心波长为1036.1 nm的激光输出,斜率效率为5.2%,实验结果表明该光纤有望用于研制单频光纤激光器。另外,使用Yb3+离子掺杂SiO2-Al2O3-Y2O3光纤作为增益介质、碳纳米管可饱和吸收体作为锁模器件搭建了环形腔锁模激光器,得到了稳定的锁模激光输出,其阈值为42.5 mW,激光斜率效率为4.4%,锁模脉冲的脉冲间隔,重复频率与脉宽分别为34 ns,25.5 MHz和680 ps。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 单频光纤激光器研究背景及意义
•   1.2 单频光纤激光器的实现方法
•     1.2.1 线形腔结构
•     1.2.2 环形腔结构
•   1.3 研究进展
•     1.3.1 基于石英光纤的单频光纤激光器
•     1.3.2 基于磷酸盐和锗酸盐光纤的单频激光器
•   1.4 本论文主要工作
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的制备及表征'>第二章 Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的制备及表征
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的制备'>  2.1 Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的制备
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤表征'>  2.2 Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤表征
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的基本参数'>    2.2.1 Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的基本参数
• 2-Al₂O₃-Y₂O₃光纤中Yb³⁺离子的吸收与发射截面'>    2.2.2 SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤中Yb³⁺离子的吸收与发射截面
•   2.3 本章小结
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤增益特性研究'>第三章 Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤增益特性研究
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤增益特性测试'>  3.1 Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤增益特性测试
•     3.1.1 测试装置
•     3.1.2 结果与分析
•     3.1.3 光暗化效应测试
•   3.2 本章小结
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的激光器研究'>第四章 基于Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的激光器研究
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的连续激光器研究'>  4.1 基于Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的连续激光器研究
•     4.1.1 谐振腔设计与激光器搭建
•     4.1.2 激光输出特性
•     4.1.3 激光器运转特性测试装置
•     4.1.4 结果与分析
• 3+离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的锁模激光器研究'>  4.2 基于Yb³⁺离子掺杂SiO₂-Al₂O₃-Y₂O₃光纤的锁模激光器研究
•     4.2.1 锁模器件选择
•     4.2.2 碳纳米管可饱和吸收体制备
•     4.2.3 锁模光纤激光器设计与搭建
•     4.2.4 激光输出特性
•   4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李成植

导师: 秦冠仕

关键词: 光纤,离子掺杂,单位长度增益,线形腔,光纤激光器,锁模激光

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 吉林大学

分类号: TN248;TN253

总页数: 57

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