《晶體半導體芯光纖雷射拉絲儀》是依託上海大學，由王廷雲擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：晶體半導體芯光纖雷射拉絲儀
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：王廷雲
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
晶體半導體芯光纖具有高非線性、高拉曼增益、紅外透明等優良特性，由其製成各種雷射器、調製器、探測器等核心器件在前沿領域的研究中極具套用潛力。本項目針對現有拉絲設備溫度控制難、拉絲過程材料易分解、成纖損耗大、缺陷多、單晶區短等問題，提出研究一種預熱爐與CO2雷射加熱相結合的新熱源，它以晶體半導體材料的特性為基礎，利用雷射與材料自身的光熱作用形成芯包異質材料拉絲所需的漸變梯度溫場分布。在漸變梯度溫場中拉絲，能減小由材料熔點失配造成的界面應力，抑制低熔點半導體材料的分解。同時，在芯層中心產生的缺陷少及芯包界面區過渡平緩，更有利於降低光纖的損耗，提升光纖的性能。項目將研究雷射與半導體光纖材料的作用機理，建立熱熔融溫區模型，設計雷射熱源光路系統和加熱爐，實現熔融溫區和溫度場分布精確可控的雷射拉絲儀器樣機，用於新型晶體半導體芯光纖拉絲工藝和形成機理的研究，為特種光纖的原始創新工作提供良好的實驗平台。
結題摘要
晶體半導體芯光纖是當前光纖基礎研究的新生領域和前沿熱點，它具有高非線性、高拉曼增益、紅外透明等優良特性，由其製成各種雷射器、調製器、探測器等核心器件在前沿領域的研究中極具套用潛力。針對現有拉絲設備製備這種新型光纖存在溫度控制難、拉絲過程材料易分解、成纖損耗大、缺陷多、單晶區短等諸多問題，本項目提出研究一種預熱爐與二氧化碳雷射加熱相結合的新熱源，設計實現了360度均勻加熱的環形雷射光路。深入研究了雷射與半導體光纖材料的相互作用，建立了雷射加熱光纖預製棒的熱熔融溫區理論模型，利用雷射與材料自身的光熱作用形成芯包異質材料拉絲所需的漸變梯度溫場分布，研究了雷射功率，光斑大小，預製棒尺寸，加熱位置，芯區材料等因素與溫場分布的關係。完成了送棒、拉絲、塗覆等一系列部件和控制系統的設計、加工、安裝和調試，實現了熔融溫區和溫度場分布精確可控的雷射拉絲儀器樣機。樣機熔融溫區可控範圍為13 mm，拉絲控溫範圍為600-2400 ℃，絲徑可控範圍為80-300 μm，均高於項目技術考核指標的要求。在研製的拉絲技術平台上，成功製備了晶體半導體光纖，包括：純矽芯、純鍺芯和矽鍺芯光纖。通過掃描電鏡分析、能譜定量分析、拉曼散射譜分析、X射線衍射譜分析和光纖損耗等進行了特性表征，表明製得光纖的芯區為晶體半導體，純鍺芯光纖長度＞2 m，損耗約0.5 dB/cm。利用製得的純矽芯光纖實現了矽芯光纖法-珀腔，在10 ℃到100 ℃的範圍內，溫度靈敏度達80 pm/℃，約為常規石英光纖的8倍。本項目成果為國際上首台晶體半導體芯光纖雷射拉絲儀器，為特種光纖的原始創新工作提供良好的實驗平台。以此技術平台為基礎，研究晶體半導體芯光纖的製備方法和形成機理，實現了雷射燒結等特種光纖摻雜的新工藝。與國際知名特種光纖研究組開展了國際合作研究，建立了國際聯合實驗室，共同發表了9篇國際合作論文，並獲得了國家自然科學基金國際合作項目的資助。項目組在本領域重要國際期刊和國際會議上發表標註基金資助的學術論文 27篇，其中SCI收錄論文17篇，EI收錄論文23篇，培養研究生11名，申請發明專利20項，獲得授權發明專利10項。
