硫系拉錐光纖中產(chǎn)生中紅外超連續(xù)光源的輸出特性研究.pdf

1、光纖中超連續(xù)譜的產(chǎn)生在包括熒光成像、熒光壽命成像（FLIM）、全反射式熒光顯微系統(tǒng)（TIRF）、分子識別、光學(xué)相干層析術(shù)（OCT）、紅外定向?qū)沟瓤茖W(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。目前，對于超連續(xù)譜的研究焦點(diǎn)主要集中在寬頻帶超連續(xù)譜的發(fā)展、提高超連續(xù)譜中特定的光譜分量以及降低超連續(xù)譜產(chǎn)生的閾值。在中紅外區(qū)域由于所有的有機(jī)化合物都表現(xiàn)出各自不同的光譜痕跡，從而可以揭示他們的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此近些年吸引了眾多研究者的注意。中紅外區(qū)域?qū)τ诎ㄊ称焚|(zhì)量

2、控制、氣體探測、內(nèi)科檢測學(xué)等應(yīng)用有著至關(guān)重要的影響。要想得到展寬至中紅外甚至遠(yuǎn)紅外的超連續(xù)光譜，需要玻璃光纖材料有著極高的非線性系數(shù)以及極寬的透過光譜，滿足上述條件最好的材料選擇是硫系基質(zhì)玻璃材料。硫系玻璃之所以成為制備新型的微納光器件的最佳材料，是因?yàn)樗哂休^長的紅外透過范圍以及較高的紅外透過率（透過范圍0.5～25μm）、極高的折射率（2.0～3.5）、聲子能量系數(shù)極低、極高的非線性系數(shù)n2（高于石英材料幾百倍）、雙光子效應(yīng)吸收系數(shù)

3、α2較小、極短的非線性響應(yīng)時間（小于200fs）等與眾不同優(yōu)異的光學(xué)性能，并且我們可以通過改變玻璃組分調(diào)整其光學(xué)性能以滿足需要，另外硫系玻璃與硅基質(zhì)半導(dǎo)體材料（CMOS）在制備上互相兼容，以硫系玻璃為基質(zhì)材料制備成的微納量級光學(xué)器件在低閾值紅外激光器的研制，全光纖控制開關(guān)，超連續(xù)光源激光器，非線性光纖光學(xué)應(yīng)用，生物傳感器應(yīng)用技術(shù)等領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊。光纖拉錐技術(shù)是一項(xiàng)重要的光纖后處理手段，可以幫助我們極大的增加光纖的非線性參數(shù)γ，并且

4、可以調(diào)節(jié)光纖的總色散從正常色散區(qū)到零色散甚至反常色散區(qū)。拉錐光纖由于具有低的光學(xué)損耗、很高的表面光潔度因此受到廣泛關(guān)注，也極大的促進(jìn)了拉錐光纖中產(chǎn)生中紅外超連續(xù)光譜的發(fā)展。
　　本文擬以從硫系拉錐光纖中獲得高質(zhì)量的中紅外超連續(xù)光源為目的進(jìn)行安排研究，先從理論方面借助 Rsoft軟件對硫系拉錐光纖的群速色散進(jìn)行模擬計(jì)算，同時在理論層面上分析了硫系拉錐光纖中能量傳輸?shù)男始板F區(qū)光強(qiáng)變化，基于激光泵浦硫系拉錐光纖產(chǎn)生中紅外超連續(xù)光譜輸出

5、的產(chǎn)生機(jī)理研究，然后在實(shí)驗(yàn)上建立了從硫系玻璃光纖預(yù)制棒制備、光纖拉制、超連續(xù)譜輸出的實(shí)驗(yàn)平臺和完整的技術(shù)鏈條。論文的內(nèi)容安排如下：
　　論文第一章是緒論部分，綜述了中紅外超連續(xù)光源近幾年的研究現(xiàn)狀以及硫系拉錐光纖作為產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的一種很重要的高非線性光纖介質(zhì)的特性，系統(tǒng)的提出了本論文課題研究的內(nèi)容、課題開展的科學(xué)研究方法以及相關(guān)方向的研究意義。
　　論文第二章中我們對研究課題中涉及的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了介紹，通過Rsoft軟

6、件中的Beamprop模塊來模擬光纖中光場傳導(dǎo)的模場變化規(guī)律，以此得到光纖的波長-色散圖譜。通過對硫系拉錐光纖的波長-色散圖譜分析可知光纖的拉錐過程中光纖的色散會隨之變化。另外，我們模擬了超短脈沖在硫系拉錐光纖中的傳輸模式方程的數(shù)學(xué)表達(dá)，以此為算法基礎(chǔ)得出非線性薛定諤方程的演變情況。另外通過Zemax軟件模擬了改變錐形光纖的錐腰長度以及錐區(qū)直徑等參數(shù)，得出這些參數(shù)的改變對錐形光纖傳輸特性的影響，這將為今后硫系拉錐光纖的制備與性能研究提供

7、了很好的理論依據(jù)。
　　論文第三章是實(shí)驗(yàn)部分，介紹了硫系光纖制備工藝的完整流程，包括硫系基質(zhì)玻璃組分的選取與制備、硫系玻璃性能測試、硫系光纖預(yù)制棒的制備、硫系光纖的拉制技術(shù)以及硫系光纖傳輸性能測試，其中提及一種改進(jìn)的一次擠壓法制備硫系光纖預(yù)制棒，根本上解決了普通擠壓法的缺點(diǎn)與不足，使光纖預(yù)制棒制備技術(shù)更加的成熟，最后成功制備了單模尺寸和多模尺寸的硫系光纖，分別測試了它們的光學(xué)損耗及近場能量分布情況。
　　論文第四章從拉錐工藝

8、的探索開始，參考石英光纖的拉錐工藝條件，并針對與硫系玻璃材料的性質(zhì)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，探索總結(jié)出一種適合硫系基質(zhì)玻璃光纖的拉錐技術(shù)，同時也對拉錐過程的影響因素進(jìn)行了深入研究，針對拉錐溫度、拉錐速度以及牽引距離三個主要影響因素分別進(jìn)行研究，總結(jié)出最適宜的牽引拉伸溫度為Tg+30℃，而且錐區(qū)直徑與拉錐速度成正比，實(shí)驗(yàn)上測得了牽引距離與錐區(qū)直徑的關(guān)系曲線并與理論曲線進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)基本吻合。另外通過對制備的纖芯直徑為1.9μm，零色散點(diǎn)