《低損耗單模鍺酸鹽玻璃光纖的製備與性質研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由湛歡擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低損耗單模鍺酸鹽玻璃光纖的製備與性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：湛歡
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以氧化鍺GeO2為主體的鍺酸鹽玻璃具有較低的聲子能量（~900 cm-1），其紅外截止波長大於5μm，是2~3μm中紅外光纖雷射材料與傳輸介質的潛在候選者。為研究鍺酸鹽玻璃光纖在中紅外區域的傳輸性能和綜合光學性質，需要製備無水的（或極低水分的）低損耗鍺酸鹽玻璃光纖。主要研究內容包括：選擇合適的重金屬氧化物構建鍺酸鹽玻璃體系，進一步降低聲子能量來拓展其紅外透過視窗；借鑑成熟的石英光纖製造技術，利用改進型氣相沉積系統MCVD結合重金屬螯合物氣相摻雜系統CPDT來製備低損耗鍺酸鹽玻璃光纖預製棒；MCVD工藝過程中利用氯氣去除玻璃中殘留的水分與羥基OH-以減少2~5μm的吸收損耗，對“母棒”預製棒進行延伸、切割、套管、塌縮等工藝流程來獲得較小芯/包比的預製棒。在惰性氣體保護條件下最佳化拉絲工藝技術，製備低損耗（≤20dB/km）單模鍺酸鹽玻璃光纖，並測試鍺酸鹽光纖在中紅外波段的綜合光學性質。
結題摘要
2~3µm雷射器在雷射醫療、氣體探測等民用領域和紅外干擾等軍用領域均有著廣泛的套用。鍺酸鹽玻璃（主要成分GeO2，聲子能量～900cm-1）是最有可能成為2~3μm光纖雷射主體材料的選項之一。然而，傳統玻璃製備工藝很難獲得超低水分或羥基OH-含量的鍺酸鹽玻璃，因此幾乎無法打開鍺酸鹽玻璃光纖的中紅外“視窗”。在青年基金項目51602295的大力支持下，我們項目組選擇GeO2-Al2O3作為鍺酸鹽玻璃的主體組分，並引入銦、鑭等重金屬離子，以拓展其紅外透過視窗；利用改進型氣相沉積系統MCVD結合重金屬螯合物氣相摻雜系統CPDT，對鍺酸鹽玻璃光纖預製棒進行製備；製備過程中引入氯氣，降低玻璃中殘留的水分與羥基OH-以減少2~3μm的吸收損耗。對“母棒”預製棒進行延伸、切割、套管、塌縮等工藝流程獲得較小芯/包比的預製棒。在惰性氣體保護條件下，成功拉制鍺酸鹽玻璃光纖，並測試鍺酸鹽光纖的透過光譜，背景損耗等特性。基於CPDT螯合物全氣相摻雜裝置與MCVD系統，成功製備了階躍型與肩膀型的兩類型光纖預製棒。階躍型預製棒主要是GeO2含量為52%(52%GeO2-SIF)與GeO2含量為92%(92%GeO2-SIF)的鍺酸鹽預製棒。在肩膀型預製棒(72%GeO2-PSIF)製備過程中，纖芯中成功摻雜重金屬La，從而製備了纖芯組分為(GeO2-SiO2-La2O3-Al2O3)，肩膀層組分為鍺矽酸鹽(GeO2-SiO2)的預製棒，其中纖芯部GeO2含量為72%。採用截斷法對三類光纖傳輸損耗進行測試：92%GeO2-SIF光纖在1.3μm與1.55μm損耗分別為99dB/km，42dB/km；72%GeO2-PSIF光纖在1.3μm與1.55μm損耗分別為52dB/km，39dB/km。 52%GeO2-PSIF光纖在1.3μm與1.55μm損耗分別為9.2dB/km，4dB/km。92%GeO2-SIF與72%GeO2-PSIF光纖的紅外截止波長拓展至2.7μm。同時，三種光纖都沒有觀察到在1.38μm處的水峰。本項目研究結果表明MCVD系統結合CPDT摻雜法是一套能製備鍺酸鹽光纖預製棒的全氣相玻璃材料合成工藝路線，並成功消除了鍺酸鹽玻璃光纖中水分，將鍺酸鹽玻璃的紅外截止波長拓展至2.7μm，成功地打開鍺酸鹽玻璃體系的紅外視窗。
