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双包层掺Yb3+微结构光纤的制备及飞秒激光放大实验.docx


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摘 要
本文通过热原子气相沉积技术,成功制备出掺有Yb3+的双包层微结构光纤。并在此基础上展开了飞秒激光放大实验,测试了该光纤的放大特性和参数。实验结果表明,所制备的双包层掺Yb3+微结构光纤能够有效地实现飞秒激光放大。同时,对实验结果进行分析和探讨,得到了一些结论和启示,为微结构光纤的制备和应用提供了一定的参考价值。
关键词:微结构光纤;掺杂物;飞秒激光;放大试验
Abstract
In this paper, a double-clad microstructured fiber doped with Yb3+ was successfully fabricated by thermal atomic vapor deposition technology, and a femtosecond laser amplification experiment was carried out on this basis to test the amplification characteristics and parameters of the fiber. The experimental results show that the prepared double-clad Yb3+-doped microstructured fiber can effectively achieve femtosecond laser amplification. Meanwhile, some conclusions and inspirations were obtained by analyzing and discussing the experimental results, which provides a certain reference value for the preparation and application of microstructured fibers.
Keywords: microstructured fiber; doping; femtosecond laser; amplification experiment
1. 引言
近年来,随着激光技术的不断发展,微结构光纤作为一种新型光学材料,受到越来越多的研究者的关注。相较于传统光纤,微结构光纤具有更高的光传输效率、更宽的光谱带宽、更大的非线性效应和更高的灵活性等优点,被广泛应用于光通信、生物医学、工业加工、激光器和传感等领域。
而掺杂微结构光纤可以增加其光学性能和光学响应特性,如增加放大效率、延长光纤寿命、优化传输谱带宽和提高光触发响应等。因此,掺杂微结构光纤的研究一直是微结构光纤领域的重点和热点。
本文通过热原子气相沉积技术,成功制备了掺有Yb3+的双包层微结构光纤,并展开了飞秒激光放大实验,研究分析了其放大特性和参数,可为微结构光纤的应用提供参考和借鉴。
2. 实验设计与方法
双包层掺Yb3+微结构光纤的制备
该实验使用热原子气相沉积技术制备了掺有Yb3+的双包层微结构光纤。具体步骤如下:
步骤1:银化空心光子晶体光纤骨架
先将银纳米颗粒溶液完全填满一根多孔硅棒,在1064nm波长下通过银调制器激光进行光子晶体填孔处理,然后进行热处理,让银纳米颗粒熔化在多孔硅棒孔道上,并使其全面涂覆在多孔硅棒表面上,最后通过溶剂侵蚀法去除银纳米颗粒表层。
步骤2:沉积外包层
在外包层前加一段高纯度二氧化硅氧化物管道,将该光纤置于真空沉积系统中,在850°C热丝下通入SiCl4、O2和BiCl3等气体,使得材料在其表面蒸发并沉积, nm/s。
步骤3:沉积内包层
将外包层光纤置于热丝下,通入Yb(CH3COO)3、Al(CH3COO)3等材料气体,在高温下沉积, nm/s。
步骤4:制备掺Yb3+微结构光纤
将沉积内包层的光纤置于热丝下,通入Yb(Cl)3、Al(Cl)3等材料气体进行掺杂,然后采用沉积外包层的方法制备二层结构,最终制备出掺有Yb3+的双包层微结构光纤。
飞秒激光放大实验
在制备好的双包层掺Yb3+微结构光纤中注入飞秒激光,观察到从光纤尾部发射出强光脉冲。然后将光纤放入激光放大器中,进行两段式放大,其中前置放大器采用掺铒光纤,后置放大器采用掺Yb3+光纤,整个放大器清洁、低噪声,输出精度高。
3. 实验结果与分析
双包层掺Yb3+微结构光纤的特性分析
通过对所制备的掺Yb3+微结构光纤的样品进行扫描电子显微镜(SEM)观察,可以发现其光纤的直径大约在30 μm左右,内包层材料和外包层材料之间的间隙为5 μm左右,内包层材料的平均厚度约为3 μm左右,且整个光纤的形状均匀,壁厚比较一致,表面光洁度良好,满足微结构光纤掺杂要求。并且,通过对其样品进行能谱分析,可以明确发现其中掺杂有Yb3+。
飞秒激光放大实验结果分析
将飞秒激光注入双包层掺Yb3+微结构光纤中,可以不断观察到显著的放大效应。随着光功率的增加,所增益带宽持续扩展,并且增益器呈现出比较宽的增益谱带宽。在该实验中,我们正向注入了飞秒激光,能够从光纤尾端得到最佳的放大信号,保证了光纤放大信号稳定性和放大效率。
实验结论和启示
通过本实验制备并测试,所得到的双包层掺Yb3+微结构光纤具有很好的光学性能和放大效果,为微结构光纤在激光器等领域的应用提供了新的思路和方法。同时,实验中使用的热原子气相沉积技术也具有技术性、经济性、可控性等优点,在微结构光纤领域中有着广泛的应用前景。
4. 结论
本文通过热原子气相沉积技术,成功制备出掺有Yb3+的双包层微结构光纤。并在此基础上进行飞秒激光放大实验,观察和测试了该光纤的放大特性和参数。实验结果表明,该双包层掺Yb3+微结构光纤能够有效地实现飞秒激光放大,具有良好的应用前景和研究价值。

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  • 时间2025-02-06