稀土掺杂石英光纤及应用PDF电子书下载

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第1章 石英玻璃和稀土掺杂石英光纤 1

1.1石英玻璃的形成和种类 1

1.1.1石英玻璃的形成 1

1.1.2石英玻璃的种类 3

1.2石英玻璃的结构 4

1.3石英玻璃的热学性质 12

1.3.1玻璃转变温度 12

1.3.2热膨胀系数 13

1.3.3黏度 14

1.3.4热导率 16

1.3.5析晶 17

1.4石英玻璃的力学性质 18

1.5石英玻璃的光学性质 21

1.5.1折射率和色散 21

1.5.2吸收和透过光谱 26

1.5.3散射和损耗 27

1.5.4石英玻璃的光弹性系数 28

1.6石英玻璃的耐辐照性质 29

1.6.1石英玻璃的辐照效应 29

1.6.2耐宇宙射线辐照 31

1.6.3抗脉冲激光损伤 33

1.7稀土掺杂石英光纤 36

1.7.1稀土离子的发光性质 36

1.7.2稀土掺杂石英光纤的发展 38

参考文献 41

第2章 掺镱石英玻璃的性质与结构 45

2.1镱离子的能级结构及其光谱性质 45

2.1.1镱离子的能级 45

2.1.2镱离子的光谱性质 46

2.1.3镱离子的光谱理论计算 48

2.2掺镱石英玻璃成分-结构-性质之间的关系 49

2.2.1掺镱石英玻璃的制备 49

2.2.2共掺元素对掺镱石英玻璃物理性质的影响 50

2.2.3共掺元素对掺镱石英玻璃光谱性质的影响 52

2.2.4共掺元素对石英玻璃网络结构和Yb3＋局域结构的影响 62

2.3掺镱石英玻璃热历史-结构-性质之间的关系 78

2.3.1热历史对掺镱石英玻璃结构和折射率的影响 78

2.3.2热历史对掺镱石英玻璃光谱性质的影响 97

参考文献 105

第3章 稀土掺杂石英光纤的制备及性能表征 112

3.1化学气相沉积法制备稀土掺杂石英光纤预制棒 112

3.1.1改进的化学气相沉积法 112

3.1.2外部气相沉积法和轴向气相沉积法 122

3.1.3直接的纳米颗粒沉积法 122

3.2非化学气相沉积法制备稀土掺杂石英光纤预制棒 123

3.2.1多孔玻璃分相法 123

3.2.2活性粉末烧结法 125

3.2.3溶胶凝胶法结合高温烧结技术 128

3.2.4其他非MCVD制备技术 134

3.3稀土掺杂石英光纤的拉制和性能表征 136

3.3.1稀土掺杂石英光纤的拉制 136

3.3.2稀土掺杂石英光纤的性能表征 139

参考文献 143

第4章 掺镱大模场包层结构石英光纤及应用 146

4.1掺镱大模场包层光纤的结构和特性 146

4.1.1双包层结构光纤 147

4.1.2内包层形状对光纤性能的影响 148

4.1.3多包层光纤结构 149

4.1.4新型结构掺镱大模场包层光纤 151

4.2影响掺镱大模场包层光纤性能的主要因素 163

4.2.1纤芯组分 163

4.2.2非线性效应 165

4.2.3光子暗化效应 165

4.2.4模式不稳定性 166

4.2.5光纤涂覆层可靠性 167

4.2.6温升对掺镱光纤的影响 167

4.3掺镱大模场包层光纤的组分设计原则 169

4.4掺镱大模场包层光纤的光学设计 170

4.4.1千瓦级掺镱大模场光纤纤芯折射率分布设计 171

4.4.2万瓦级高亮度光纤纤芯折射率分布设计 172

4.4.3万瓦级多模光纤纤芯折射率分布设计 174

4.5掺镱大模场包层光纤的重要应用 175

4.5.1掺镱大模场光纤在高功率窄线宽光纤激光器方面的应用 175

4.5.2掺镱大模场光纤在1018 nm激光器方面的应用 181

4.5.3掺镱大模场光纤在980 nm光纤激光器方面的应用 182

4.5.4掺镱大模场光纤在工业激光器领域的应用 182

参考文献 186

第5章 掺镱大模场石英光子晶体光纤及应用 192

5.1掺镱大模场石英光子晶体光纤分类及其研究进展 192

5.1.1掺镱大模场光子晶体光纤的分类 192

5.1.2掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展 195

5.2掺镱大模场光子晶体光纤的制备与性能 198

5.2.1光纤制备 198

5.2.2光纤性能 205

5.3空气孔结构掺镱大模场光子晶体光纤的处理 214

5.3.1端面处理 214

5.3.2光纤耦合 217

5.3.3端面损伤 220

5.4掺镱大模场光子晶体光纤的激光性能及应用 221

5.4.1空气孔结构大模场光子晶体光纤的激光性能 221

5.4.2全固态掺镱光子晶体光纤的激光特性 229

5.4.3掺镱大模场光子晶体光纤的应用 234

参考文献 237

第6章 掺铒石英光纤及应用 243

6.1铒离子能级结构 243

6.1.1铒离子能级结构与掺铒石英玻璃吸收光谱 243

6.1.2铒离子1.5 μm波段激光能级的斯塔克分裂 244

6.1.3铒离子1.5 μm波段光谱特性 246

6.2掺铒石英玻璃的性质和结构 248

6.2.1铝掺杂对掺铒石英玻璃结构和性质的影响 248

6.2.2磷掺杂对掺铒石英玻璃结构和性质的影响 252

6.3掺铒石英光纤的增益放大特性 257

6.3.1三能级近似下的速率方程 257

6.3.2小信号增益与饱和区增益 259

6.3.3谱线展宽与光谱烧孔效应 260

6.3.4激发态吸收 262

6.3.5上转换与团簇效应 263

6.3.6增益谱随温度的变化 266

6.3.7重叠因子与部分掺杂效应 268

6.4掺铒光纤在光通信中的应用 269

6.4.1掺铒石英光纤放大器的增益和噪声特性 269

6.4.2掺铒石英光纤放大器 272

6.4.3 L波段掺铒光纤 274

6.5掺铒高功率激光光纤和激光器 275

6.5.1高功率铒镱共掺光纤 276

6.5.2同带泵浦的掺铒光纤激光器或放大器 281

6.5.3 980 nm泵浦的掺铒光纤激光器 283

6.5.4掺铒1.5 μm波段光纤激光面临的挑战 284

参考文献 284

第7章 2 μm波段稀土掺杂石英光纤及应用 290

7.1铥离子和钬离子在石英玻璃中的能级结构 290

7.1.1铥离子的能级结构 290

7.1.2钬离子的能级结构 292

7.2掺铥石英玻璃的光谱性质和结构 293

7.2.1 Tm3＋/Al3＋掺杂石英玻璃的2μm波段光谱性质 293

7.2.2 La3＋/Al3＋比对高浓度掺铥石英玻璃结构和光谱性质的影响 296

7.2.3 La3＋与Y3＋对高浓度掺铥石英玻璃结构和光谱性质的影响 300

7.3掺钬石英玻璃的光谱性质和结构 302

7.3.1不同Al3＋/Ho3＋比掺杂石英玻璃的结构和光谱性质 302

7.3.2高浓度Ho3＋与镧/钇铝共掺石英玻璃结构与光谱性质 307

7.4掺铥石英光纤及光纤激光器 309

7.4.1掺铥石英光纤的研究进展 309

7.4.2掺铥石英光纤面临的挑战 311

7.4.3掺铥光纤激光器的发展历程 313

7.5掺钬石英光纤及光纤激光器 317

7.5.1掺钬石英光纤的研究进展 317

7.5.2掺钬石英光纤面临的挑战 318

7.5.3掺钬光纤激光器的发展历程 321

7.6铥钬共掺石英光纤及光纤激光器 322

7.6.1铥钬共掺石英光纤及光纤激光器的发展历程 322

7.6.2铥钬共掺石英光纤面临的挑战 323

7.7 2m波段光纤激光器的应用 325

参考文献 327

第8章 新型掺钕和钕镱共掺石英光纤及应用 335

8.1掺钕石英玻璃的光谱性质 335

8.1.1钕离子的能级结构及光谱 335

8.1.2钕离子的光谱参数计算 337

8.1.3共掺剂对钕掺杂石英玻璃结构和光谱性质的影响 340

8.2掺钕石英光纤0.9 μm及1.3 μm波段激光性能及应用 344

8.2.1掺钕石英玻璃及光纤0.9 μm发光增强技术 344

8.2.2掺钕石英光纤0.9 μm波段连续及脉冲激光 348

8.2.3掺钕石英光纤1.3 μm波段激光器及放大器 352

8.3钕镱共掺光纤激光特性及应用 353

8.3.1钕镱共掺的速率方程 354

8.3.2钕镱共掺石英光纤的激光特性 359

8.3.3钕镱共掺石英光纤双波长激光输出及应用 366

参考文献 368

第9章 耐辐照稀土掺杂石英光纤及其应用 372

9.1稀土掺杂石英光纤在太空中的应用及挑战 372

9.1.1太空辐照环境 372

9.1.2石英光纤在太空中的应用和挑战 375

9.2稀土掺杂石英光纤辐致暗化机理 376

9.2.1电离辐射与石英玻璃的相互作用 376

9.2.2辐射诱导稀土离子变价和氧空穴色心形成 378

9.2.3掺杂石英玻璃中常见点缺陷 382

9.3稀土掺杂石英光纤耐辐照特性的影响因素 385

9.3.1光纤参数 385

9.3.2辐照环境参数 387

9.3.3激光器结构参数 388

9.4提高稀土掺杂石英光纤耐辐照特性的方法 389

9.4.1组分优化 389

9.4.2预处理 392

9.4.3后处理 397

9.4.4系统优化 398

参考文献 401

索引 407

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