空芯光纖放電特性研究.pdf

1、近年來，基于空芯光子晶體光纖的多孔特性，在空芯光纖中充入氣體，進而研究光與氣體的相互作用，已成為業(yè)界的熱點。此類研究的主要應(yīng)用領(lǐng)域為氣體傳感、光泵氣體激光等。為將空芯光纖與傳統(tǒng)的氣體激光器進行結(jié)合，本論文提出在空芯光纖中通過氣體放電構(gòu)造光纖氣體激光的思路，針對放電激勵的光纖氣體激光的相關(guān)問題進行了系統(tǒng)的理論、實驗研究，論文的主要工作如下：
　?。?）從數(shù)值模擬和實驗的角度分別進行了空芯光纖中氣體填充特性的研究。利用有限元軟件對空芯

2、光纖中的氣體填充過程進行了仿真模擬。建立了實驗平臺，對不同充入壓強、不同填充氣體、不同光纖孔徑和不同光纖長度情況下的填充特性進行了實驗研究。利用四極質(zhì)譜儀對光纖內(nèi)激光混合氣體的組分進行檢測，研究了光纖激光混合氣體各組分的填充特性。理論模擬和實驗結(jié)果趨勢一致。
　　（2）采用有限元軟件對空芯光纖中的射頻放電進行了基于流體模型的理論研究。獲得了射頻放電下空芯光纖中電子密度、電子溫度等參數(shù)的時空分布，并對射頻電壓、放電氣壓等參數(shù)造成的影

3、響進行了討論。研究表明，電壓對鞘層并無明顯影響，而氣壓的增大則會導(dǎo)致鞘層厚度的收縮。電壓和氣壓的變化與電子密度、電子溫度亦存在直接的關(guān)聯(lián)。
　?。?）對空芯光纖中的氣體放電進行了實驗研究。發(fā)明了一種新型的射頻放電結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)了空芯光纖中的長距離輝光放電，可在近1 m長的空芯光纖中獲得較高氣壓下的輝光放電等離子體。采用發(fā)射光譜診斷技術(shù)，研究了空芯光纖中氣體放電等離子體參量——轉(zhuǎn)動溫度、原子激發(fā)溫度、電子密度——與氣壓、射頻注入功率

4、的關(guān)系。研究表明，由于空芯光纖的表面積與體積之比較大，熱傳導(dǎo)效率較高，空芯光纖中放電等離子體的氣體溫度均處500 K以內(nèi)，原子激發(fā)溫度小于104 K，電子密度約為1013 cm?3，并且等離子體參數(shù)隨射頻注入功率和氣體壓力的變化并不明顯。
　　（4）研究了輝光放電低溫等離子體填充的空芯光子晶體光纖傳輸特性。在空芯光纖中產(chǎn)生等離子體后，空芯光纖的傳輸特性將隨著等離子體的狀態(tài)而發(fā)生變化。本論文通過有限元法模擬了空芯光纖中的光場分布。通