高性能單晶光纖生長(zhǎng)及其高溫傳感器與光纖激光器應(yīng)用研究.pdf

1、單晶光導(dǎo)纖維是一種具有光纖形式的特殊單晶體。它不但具有光纖的諸多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)光性好、重量輕、體積小、抗電磁干擾，而且由于其本身材料是單晶，所以又具有單晶體固有的特性。近年來(lái)，隨著光纖傳感技術(shù)、光纖激光技術(shù)的發(fā)展，特別是單晶光纖在制備工藝上的不斷成熟，不同基質(zhì)的單晶光纖無(wú)論在生長(zhǎng)還是應(yīng)用方面都得到了普遍關(guān)注。
　　 本論文所涉及的研究工作的主要目標(biāo)是研究單晶光纖在高溫傳感和激光領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。首先，采用激光加熱基座(LHPG)法生長(zhǎng)

2、一系列藍(lán)寶石單晶光纖和摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)單晶光纖。在制備過(guò)程中，深入分析了單晶光纖生長(zhǎng)的機(jī)理，研究了熔區(qū)界面對(duì)于單晶光纖生長(zhǎng)穩(wěn)定性以及光纖中氣泡包裹的影響。通過(guò)不斷優(yōu)化生長(zhǎng)參數(shù)，生長(zhǎng)出了高性能的優(yōu)質(zhì)單晶光纖。
　　 本文研究了基于藍(lán)寶石光纖的FBG堆傳感頭的制備及相關(guān)特性。與傳統(tǒng)的方法不同，本文采用真空鍍膜技術(shù)制備光纖高溫傳感器。通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究，在藍(lán)寶石基底上研制出了具有復(fù)合相納米晶結(jié)構(gòu)的薄膜，解決了光學(xué)膜在高溫

3、下由于結(jié)晶而產(chǎn)生失透的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)選用合適的材料，以及設(shè)計(jì)合理的膜層結(jié)構(gòu)，成功制備出了基于藍(lán)寶石單晶光纖的FBG堆高溫傳感器，最高的測(cè)量溫度可達(dá)1050℃。此外，為了分析反射峰在超過(guò)1100℃時(shí)消失的原因，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，通過(guò)比較，得出在1100℃以上反射峰的消失是由于膜層間不同組分相互擴(kuò)散的結(jié)論。
　　 在激光應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)選用高品質(zhì)的Nd:YAG單晶光纖作為增益介質(zhì)的光纖激光器進(jìn)行了深入研究。由于影響單晶光纖激

4、光器性能的因素十分復(fù)雜，所以本文通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，對(duì)這些因素進(jìn)行分別研究，例如光纖的冷卻問(wèn)題、泵浦光中心波長(zhǎng)與Nd:YAG光纖吸收譜的匹配問(wèn)題、腔鏡的優(yōu)化問(wèn)題等，最后對(duì)這些因素進(jìn)行綜合考慮，得出了系統(tǒng)優(yōu)化后的最佳參數(shù)，并且在輸入60W泵浦功率時(shí)，得到了13W的連續(xù)光輸出。此外，本論文還采用該Nd:YAG單晶光纖進(jìn)行了小信號(hào)激光放大的嘗試。通過(guò)對(duì)種子激光、單晶光纖、泵浦光源三者獨(dú)立水冷的方式，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)比較，深入分析了影響信號(hào)激光放大的