高性能單晶光纖生長及其高溫傳感器與光纖激光器應用研究.pdf

1、單晶光導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，如導光性好、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，隨著光纖傳感技術、光纖激光技術的發(fā)展，特別是單晶光纖在制備工藝上的不斷成熟，不同基質的單晶光纖無論在生長還是應用方面都得到了普遍關注。
　　 本論文所涉及的研究工作的主要目標是研究單晶光纖在高溫傳感和激光領域的應用潛力。首先，采用激光加熱基座(LHPG)法生長

2、一系列藍寶石單晶光纖和摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)單晶光纖。在制備過程中，深入分析了單晶光纖生長的機理，研究了熔區(qū)界面對于單晶光纖生長穩(wěn)定性以及光纖中氣泡包裹的影響。通過不斷優(yōu)化生長參數(shù)，生長出了高性能的優(yōu)質單晶光纖。
　　 本文研究了基于藍寶石光纖的FBG堆傳感頭的制備及相關特性。與傳統(tǒng)的方法不同，本文采用真空鍍膜技術制備光纖高溫傳感器。通過反復的實驗研究，在藍寶石基底上研制出了具有復合相納米晶結構的薄膜，解決了光學膜在高溫

3、下由于結晶而產(chǎn)生失透的問題。在此基礎上，通過選用合適的材料，以及設計合理的膜層結構，成功制備出了基于藍寶石單晶光纖的FBG堆高溫傳感器，最高的測量溫度可達1050℃。此外，為了分析反射峰在超過1100℃時消失的原因，設計并進行了對照實驗，通過比較，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散的結論。
　　 在激光應用領域，對選用高品質的Nd:YAG單晶光纖作為增益介質的光纖激光器進行了深入研究。由于影響單晶光纖激

4、光器性能的因素十分復雜，所以本文通過大量的實驗，對這些因素進行分別研究，例如光纖的冷卻問題、泵浦光中心波長與Nd:YAG光纖吸收譜的匹配問題、腔鏡的優(yōu)化問題等，最后對這些因素進行綜合考慮，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，得到了13W的連續(xù)光輸出。此外，本論文還采用該Nd:YAG單晶光纖進行了小信號激光放大的嘗試。通過對種子激光、單晶光纖、泵浦光源三者獨立水冷的方式，經(jīng)過反復的實驗比較，深入分析了影響信號激光放大的