《Yb3+摻雜氟磷酸鹽玻璃單頻雷射光纖的研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由張麗艷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Yb3+摻雜氟磷酸鹽玻璃單頻雷射光纖的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張麗艷
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單頻雷射具有線寬超窄、頻率可調、相干長度超長、噪聲超低等獨特性能，因而在軍事與民用上都有強烈需求。然而單頻雷射的超短線性腔缺乏高增益的單頻玻璃短光纖。本研究在摻鐿氟磷玻璃具有Yb3+高摻雜、高效率、高功率雷射輸出特點及原有的研究基礎上，首先針對單頻超短線性腔要求設計具有高增益、高Yb3+摻雜能力並滿足短光纖吸收強度條件的摻鐿氟磷玻璃組分；進而最佳化組分獲取具有低F-揮發性和經反覆軟化無析晶的氟磷玻璃，從而滿足雙包層光纖軟化點附近兩次拉伸對玻璃析晶穩定性、熱力學穩定性、F-揮發條紋和降低光纖損耗的要求；根據氟磷雙包層和磷酸鹽雙包層方案對兩種包層設計進行數值孔徑的可匹配極限計算，根據折射率、轉變溫度、軟化溫度、膨脹係數等關鍵因素的匹配進行兩類雙包層組分的研究，著重解決氟磷與磷酸鹽異質光纖匹配中存在的一系列實施難點問題，並為其它波段的單頻短光纖和異質光纖的研究積累經驗，故此具有研究價值和實用價值。
結題摘要
超短線性腔單頻雷射仍缺乏高增益的單模玻璃短光纖。本研究在摻鐿氟磷玻璃具有Yb3+高摻雜、高效率、高功率雷射輸出特點及原有的研究基礎上，研發具有高增益、高Yb3+摻雜能力並滿足短光纖吸收強度條件的摻鐿氟磷玻璃組分；進而最佳化組分獲取具有低F-揮發性和經反覆軟化無析晶的氟磷玻璃，從而滿足雙包層光纖軟化點附近兩次拉伸對玻璃析晶穩定性、熱力學穩定性、F-揮發條紋和降低光纖損耗的要求；根據氟磷雙包層和磷酸鹽雙包層方案對兩種包層設計不斷調整合適的數值孔徑，根據折射率、轉變溫度、軟化溫度、膨脹係數等關鍵因素的匹配進行兩類雙包層組分的研究，著重解決氟磷與磷酸鹽異質光纖玻璃匹配中存在的一系列實施難點問題。國基金的支持使課題組積累了大量的研究數據，取得了重要的研究成果：成功研發了氟磷-磷酸鹽異質光纖,非熔接條件下實現了多模1.6w，單模100mw的雷射輸出;成功研究出高摻雜(5~8*E20 ions/cm3),高截面(0.68-0.97pm2),高壽命(1.7-2.3ms),高強度(楊氏模量73MPa)和高熱穩定性(Tg=460-490℃)的摻鐿氟磷玻璃；成功設計出可以與短料性、高膨脹氟磷玻璃完全匹配的磷酸鹽包層玻璃；成功解決了祛除氟磷玻璃亞表面缺陷的難題(高氯酸+KOH分步處理法)；成功使用堆垛法製備低損耗異型雙包層光纖(3-4dB/m)；成功的將棒管與堆垛有機結合起來以降低光纖預製棒的製備難度及損耗（1-2dB/m）；研究發現常規多組分玻璃光纖設計方法對氟磷-磷酸鹽異質光纖不適用，該異質光纖芯包玻璃的熱學性質設計要與常規光纖完全相反才可成功拉制出高質量光纖；積累了氟磷-磷酸鹽異質光纖的設計參數、設計依據及光纖拉制的一系列工藝參數控制範圍；對摻鐿玻璃Stark分裂進行了詳細研究；從理論和實驗對比上給出了摻鐿氟磷與磷酸鹽玻璃雷射輸出存在巨大差異的原因；成功改性了傳統摻鐿磷酸鹽玻璃低Stark分裂(600cm-1)問題，將其提高到815cm-1，可極大緩解雷射運行時雷射系統下能級熱擁塞問題，同時玻璃的關鍵光譜性質和熱學性質都得到了很大改善(1mm厚螢光壽命2.2ms，Tg=593℃，膨脹係數=9.54E-6/k)，其中試工藝參數已全部確定，使摻鐿磷酸鹽玻璃克服了致命缺點, 其不僅是更優秀的高摻鐿單模短光纖材料，且由於其可實現大尺寸高光均製備，還可以作為高能摻鐿雷射裝置優秀的增益介質。
