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全固态带隙型光子晶体光纤由于其导波原理不同于传统的全内反射型光纤,它主要依靠二维光子带隙导光,因此对于耦合到纤芯的光波具有选择性导波、滤波特性,全固态带隙型光纤为新波段光纤激光器的研制提供了新的技术手段。另外,全固态的光纤结构克服了多孔微结构光纤易被环境污染、散热差、难焊接、拉丝过程结构易变的缺点。目前,全固态带隙型光子晶体光纤是新型结构光纤研究的热点之一。 相比于全内反射型石英玻璃光子晶体光纤,由于制备工艺要求高,带隙型石英玻璃光子晶体光纤报道不多。制作全固态带隙型光纤至少需要两种低光学损耗,膨胀系数、玻璃转变温度和高温粘度性质精密匹配、折射率匹配的玻璃,研制出这些玻璃的难度非常大。目前国际上只有少数实验室具有制作全固态带隙型石英玻璃光子晶体光纤的能力,因此关于全固态带隙型石英玻璃光纤的实验研究并不是很多。与石英玻璃相比,多组分玻璃制作简单,容易获得物理化学性质匹配的不同折射率的玻璃,便于全固态光子晶体光纤制备。另外,多组分玻璃中稀土离子掺杂浓度高,容易获得高增益、低损耗光纤,在新波段、单频激光器等领域也有广泛的市场需求。目前全固态带隙型多组分玻璃光纤的实验研究尚未见报道,带隙型多组分玻璃光纤的结构特性、波导特性、光谱特性、制备工艺等还不清楚,需要系统深入地研究。 本课题利用实验室现有条件,从光纤结构设计、光纤制备到光纤性能测试三方面对多组分玻璃全固态带隙型光子晶体光纤进行研究,取得的主要成果如下: 一.全固态带隙型硅酸盐玻璃光子晶体光纤结构设计。根据玻璃的物理化学性质参数,选择了光学质量好、参数匹配的K9和K50光学玻璃作为光纤制备的材料,结合制备工艺和测试条件,利用平面波方法设计了全固态带隙型光子晶体光纤结构。理论分析了能带位置、宽度以及对制作工艺的要求,为光纤研制提供了技术参考。 二.全固态带隙硅酸盐玻璃光子晶体光纤制备工艺研究。对光纤了制备进行几项改进性措施。首先,光纤预制棒使用套管法和堆叠法相结合的方法制成,这种方法可以制备任意d/Λ的光纤。其次,将加工得到的套管拉制成的细棒,再利用六角模具进行排布,并且在光纤拉制之前,对预制棒进行预烧结和退火的热处理,可以有效地避免直接堆叠拉丝产生的光纤结构变形的难题,并且预处理的预制棒在光纤拉制时可以更容易去除细棒之间缝隙。 三,实验和理论研究相结合,证实已成功研制出光子带隙位于853nm波段的全固态带隙型硅酸盐玻璃光子晶体光纤。利用已有设备以及自建光学测试平台,对光纤的截面参数、导光特性、光场分布、透射光谱、弯曲特性等进行了测量分析。实验和理论相结合,通过数值模拟和进一步实验研究,证实所制备出的全固态硅酸盐光子晶体光纤在853nm波段存在光子带隙,达到了制备出带隙型全固态光子晶体光纤的目的。这为今后进一步开展有源全固态带隙型光子晶体光纤研究奠定了基础。