低損耗硫系玻璃光纖制備的關鍵技術研究.pdf

1、硫系玻璃光纖由于其獨特的光學特性，在紅外波段的激光能量傳輸，醫(yī)療檢測，光纖傳感等領域具有廣泛的應用前景，同時隨著光學非線性的發(fā)展,光纖通信領域越來越需要擁有超高非線性的硫系玻璃光纖。硫系玻璃光纖具有超高非線性（玻璃光纖中最高）、截止波長可調(diào)、折射率可調(diào)，光纖性能穩(wěn)定等優(yōu)點。但是，作為光纖材料的硫系玻璃組分選擇十分關鍵，一般側(cè)向于選擇抗析晶能力強、紅外透過范圍寬的硫系玻璃作為光纖基質(zhì)材料。玻璃結構不均勻、存在雜質(zhì)等因素會增加玻璃光學散射損

2、耗，因此如何降低玻璃中雜質(zhì)的含量也是制備低損耗硫系玻璃光纖的關鍵技術。目前硫系玻璃光纖的制備工藝雖然有很多種，但是都不能完成低損的要求，另外硫系玻璃光纖的脆性極大，如果保護不當則極易折斷，因而不能采用傳統(tǒng)的有機液涂覆辦法進行涂覆層保護。
　　本文針對低損耗硫系玻璃光纖研究中存在的問題，選用重金屬和重金屬鹵化物對硫系玻璃組分進行改良研究，研究分析了Ge-Ga-Te-C u，Ge-Ga-Te-ZnI2體系玻璃的形成能力；利用XRD、S

3、EM、DSC等手段測試了玻璃結構和物化性質(zhì)；利用FTIR圖譜分析了金屬C u和金屬鹵化物ZnI2對玻璃性能的影響。選用熱學性能較好、可塑性強的玻璃組分Ge15Sb20S65和Ge25Sb5Se70蒸餾提純后，采用復合層疊擠壓法制備光纖預制棒；配合保護聚合物層進行光纖拉制；利用光纖拋光機進行光纖端面拋光，然后進行光纖傳輸損耗和彎曲測試。
　　論文的緒論簡要地概述了硫系玻璃和硫系玻璃光纖，介紹了它們的研究進程及硫系玻璃光纖在不同領域的

4、應用，總結了傳統(tǒng)硫系玻璃光纖制備方法，從而引出本文研究的內(nèi)容。
　　第二章詳細介紹了本文的研究理論基礎，硫系玻璃理論基礎包括熱穩(wěn)定性分析、光學帶隙、紅外截止邊理論、提純，光纖理論基礎包括光纖結構、光纖損耗、光纖非線性、光纖傳輸理論。
　　第三章介紹了本論文中的硫系玻璃制備的方法與性能測試的主要手段，以及新型低損耗硫系光纖的制備流程和光纖的性能測試。
　　第四章分析了Cu對Ge-Ga-Te基玻璃性能的影響。結果表明：隨著

5、Cu含量的增加而玻璃的密度、摩爾體積都減小，短波吸收截止邊發(fā)生紅移，同時光學帶隙值減??；(GeTe4)68(Ga2Te3)26Cu6玻璃具有最好的熱穩(wěn)定性，ΔT（=Tx-Tg,即玻璃的析晶溫度值Tx與玻璃轉(zhuǎn)變溫度值Tg的差值）為103oC；所有的玻璃樣品都有很寬的紅外透過窗口，紅外截止波長都超過了20μm，加入除氧劑Al，玻璃的Ga-O雜質(zhì)吸收峰基本消失。
　　第五章研究了在Ge-Ga-Te基玻璃中引入重金屬鹵化物ZnI2并給出了

6、 Ge-Ga-Te-ZnI2玻璃系統(tǒng)的形成區(qū)。分析了ZnI2對玻璃的成玻性能、熱學性質(zhì)和光學性能的影響。隨著ZnI2含量的增加，DSC分析表明玻璃的ΔT增大，玻璃的間接光學帶隙值從0.596 eV到0.626eV，玻璃樣品的紅外透過范圍從1.9μm到25μm。
　　第六章介紹了采用復合層疊擠壓法制備硫系玻璃光纖及光纖性能研究，選用組分為Ge15Sb20S65和Ge25Sb5Se70的兩組硫系玻璃進行光纖制備實驗。首先分析了這兩種玻

7、璃的物理、熱學和光學性能；其次，利用新型的復合層疊擠壓法制備了硫系玻璃光纖預制棒，光纖端面結構可隨模具尺寸自由設計，且擠壓后光纖預制棒結構整齊，內(nèi)外界面整潔光滑；利用高溫聚合物保護的預制棒具備絕佳的機械性能；最后配合光纖拉絲機將該具備保護層的預制棒進行光纖拉細，在利用普通的光纖拋光機進行端面拋光后，利用光學顯微鏡進行光纖端面成像觀察，結果表明光纖端面結構均勻，界面無明顯缺陷，利用傅里葉紅外光纖光譜儀進行光纖損耗測試，由光纖損耗譜可知在波