溶胶凝胶法制备掺铥石英玻璃及光纤的研究

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1、ByZhilanLiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofMaterialScienceShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanicsMay,2013J[1llIIIIIIIIlIMllJSPlJllJflI[JY2430951中国科学院上海光学精密机械研究所硕士学位论文2013年5月独创性

2、声明本人声明所呈的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院上海光学精密机械研究所或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究工作所做的任何贡献，均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名；签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院上海光学精密机械研究所有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件

3、和电子文件，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院上海光学精密机械研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：签字日期：年』j学位论文作者毕业去向：工作单位：通信地址：曰电子邮件地址：指导教师签名：乇劢够签字日期：w璋多月7日电话：邮编：中科院上海光学精密机械研究所硕士论文12013年溶胶凝胶法制备掺铥石英玻璃及光纤的研究李志兰导师：胡丽丽研究员摘要29m激光因其在医疗、遥感通信、环境检测、及军

4、事等领域的广阔用途而受到高度重视。目前，国内外用于产生21．tm激光输出的稀土掺杂基质材料主要有：晶体、石英玻璃、氟化物玻璃、锗酸盐玻璃和碲酸盐玻璃。相比多组分玻璃，石英玻璃具有优异的机械强度、化学稳定性和损耗低等特点，成为稀土掺杂29m激光输出的首选基质材料。目前，国内外主要采用改进的化学气相沉积法(MCVD)制备掺铥石英光纤产生21．tm激光输出，此法掺杂的稀土离子均匀性较难控制，且掺杂浓度不高，难以满足大模场光纤对芯棒的尺寸要求。而溶胶凝胶法可以使掺杂物达到分子级均匀，并且能够比较方便地实现多种离子的共掺。本工作旨

5、在采用溶胶凝胶法制备共掺铥、铝和磷的石英玻璃芯棒，优化成分、光谱性质和制备工艺。选择优化后的成分玻璃作为芯棒，制成预制棒，拉制光纤，测试和评价光纤的激光性能。论文包括五个部分：文献综述；试验方法与理论；溶胶凝胶法制备掺铥石英玻璃的物化性质及光谱性质研究；掺铥石英光纤激光性能研究和结论。论文首先在文献综述部分介绍了2p,m激光的应用，Tm3+离子的能级结构及泵浦方式。掺铥固体激光材料(包括晶体和玻璃材料)的研究进展。阐述了溶胶凝胶法制备掺铥石英玻璃的一般过程及其应用。论文第二部分叙述了本文的试验方法与理论基础，包括样品的制

6、备过程，性能测试和光谱参数计算的理论。论文第三部分是本论文的核心部分。详细分析了铥掺石英玻璃的物化性能和溶胶凝胶法制备掺铥石英玻璃及光纤的研究／李志兰光谱性能。研究了A1、Tm共掺石英玻璃和P、A1、Tm共掺石英玻璃的密度和折射率。计算了Tm3+在上述石英玻璃中的JoO参数、受激发射截面、荧光寿命和量子效率。研究了退火对玻璃应力的影响。分析了P205对玻璃中桥氧的影响。根据玻璃的红外透过谱计算了玻璃中的OH含量，分析了OH含量和P205的掺入对Tm3+离子1．Sgm荧光寿命的影响。论文第四部分制备了Tm3+掺杂石英双包层

7、光纤和光子晶体光纤，在双包层光纤中得到了1．23W、1952nm激光输出。在光子晶体光纤中得到了10mW、1950nm激光输出。论文最后总结了全文的实验结果，并指出了本实验中存在的不足和需要进一步研究之处。关键词：掺铝石英玻璃，掺磷石英玻璃，铥离子发光，铥掺杂石英光纤；溶胶凝胶法；29m激光II．中科院上海光学精密机械研究所硕士论文／2013年ResearchonThulium--dopedSilicaGlassesandFiberbySol-GelMethod础nLiDirectedby：ProfessorLiliHu

8、Abstract2pmlaserishighlyvaluedbecauseofitsbroadapplicationsinmedical，remotesensingcommunications，environmentalmonitoringandmilitary．Atpresent，thereareabtofmatr