本書以中國科學院上海光學精密機械研究所胡麗麗研究員團隊多年來的研究積累和相關創新成果為素材,對其進行梳理總結,內容涉及稀土摻雜石英玻璃及光纖的發展歷史、成分、結構、性質、制備工藝及其應用等。全書綜合國內外同行的研究報告,把稀土摻雜石英玻璃及光纖的最新研究成果全面、系統地介紹給讀者。全書共計9章,第1章系統介紹石英玻璃的結構和性質;第2章闡述摻鐿石英玻璃的性質和結構,解析鐿離子局域結構與鐿離子光譜性質的關聯性;第3章闡述稀土摻雜石英光纖的制備方法和性能表征方法;第4、第5章分別介紹摻鐿包層結構和大模場微結構光纖的特點及應用;第6、第7章分別介紹1.5μm波段摻鉺石英光纖以及2μm波段摻銩、鈥石英光纖的最新研究進展及應用;第8章介紹摻釹石英光纖的研究進展,著重闡述最新的0.9μm波段的激光應用進展;第9章面向空間環境光纖激光器的應用需求,闡述耐輻照稀土摻雜石英光纖的制備及應用技術進展。
本書是國內首部系統介紹稀土摻雜石英玻璃及光纖的專業性圖書:一方面突出應用導向的基礎研究,具有原創性、前沿性和引領性;另一方面創作團隊科研實力突出,胡麗麗研究員和團隊長期從事激光玻璃、激光光纖基礎研究及其制備技術研發,在稀土摻雜石英玻璃及光纖研究領域取得了大量創新性成果,為國產高功率光纖激光器提供了核心元件支撐,相關指標或國內領先或優于國外同類產品,打破了國外長期的技術封鎖與壟斷。因而本書學術價值較高,社會效益巨大。
目 錄
第1章 石英玻璃和稀土摻雜石英光纖
1.1 石英玻璃的形成和種類 1
1.1.1 石英玻璃的形成 1 1.1.2 石英玻璃的種類 3 1.2 石英玻璃的結構 4 ZL 事事項肇融訴訟 E"T
1.3.1 玻璃轉變溫度 12 1.3.2 熱膨脹系數 13 1.3.3 黏度 14 1.3.4 熱導率 16 1.3.5 析晶 17 1.4 石英玻璃的力學性質 18 1.5 石英玻璃的光學性質 21
1乙 墀粵峰嘩嘩嘩 工“9 T 1.5.2 吸收和透過光譜 26 1.5.3 散射和損耗 27 1.5.4 石英玻璃的光彈性系數 28 1.6 石英玻璃的耐輻照性質 29
1.6.1 石英玻璃的輻照效應 29 1.6.2 耐宇宙射線輻照 31 1.6.3 抗脈沖激光損傷 33 1.7 稀土摻雜石英光纖 36
1.7.1 稀土離子的發光性質 36 1.7.2 稀土摻雜石英光纖的發展 38 參考文獻 41
第2章 摻鐿石英玻璃的性質與結構
2.1 鐿離子的能級結構及其光譜性質 45
2.1.1 鐿離子的能級 45 2.1.2 鑲離子的光譜性質 46 2.1.3 鐿離子的光譜理論計算 48 2.2 摻鐿石英玻璃成分-結構-性質之間的關系 49
2.2.1 摻鐿石英玻璃的制備 49 2.2.2 共摻元素對摻鐿石英玻璃物理性質的影響 50 2.2.3 共摻元素對摻鐿石英玻璃光譜性質的影響 52 2.2.4 共摻元素對石英玻璃網絡結構和Yb3+局域結構的影響 62 2.3 摻鐿石英玻璃熱歷史-結構-性質之間的關系 78
2.3.1 熱歷史對摻鐿石英玻璃結構和折射率的影響 78 2.3.2 熱歷史對摻鐿石英玻璃光譜性質的影響 97 參考文獻 105
第3章 稀土摻雜石英光纖的制備及性能表征
3.1 化學氣相沉積法制備稀土摻雜石英光纖預制棒 112
3.1.1 改進的化學氣相沉積法 112 3.1.2 外部氣相沉積法和軸向氣相沉積法 122 3.1.3 直接的納米顆粒沉積法 122 3.2 非化學氣相沉積法制備稀土摻雜石英光纖預制棒 123
3.2.1 多孔玻璃分相法 123 3.2.2 活性粉末燒結法 125 3.2.3 溶膠凝膠法結合高溫燒結技術 128 3.2.4 其他非MCVD制備技術 134 3.3 稀土摻雜石英光纖的拉制和性能表征 136
3.3.1 稀土摻雜石英光纖的拉制 136 3.3.2 稀土摻雜石英光纖的性能表征 139 參考文獻 143
第4章 摻鐿大模場包層結構石英光纖及應用
4.1 摻鐿大模場包層光纖的結構和特性 146
4.1.1 雙包層結構光纖 147 4.1.2 內包層形狀對光纖性能的影響 148
4.1.3 多包層光纖結構 149 4.1.4 新型結構摻鐿大模場包層光纖 151 4.2 影響摻鐿大模場包層光纖性能的主要因素 163
4.2.1 纖芯組分 163 4.2.2 非線性效應 165 4.2.3 光子暗化效應 165 4.2.4 模式不穩定性 166 4.2.5 光纖涂覆層可靠性 167 4.2.6 溫升對摻鐿光纖的影響 167 4.3 摻鐿大模場包層光纖的組分設計原則 169 4.4 摻鐿大模場包層光纖的光學設計 170
4.4.1 千瓦級摻鐿大模場光纖纖芯折射率分布設計 171 4.4.2 萬瓦級高亮度光纖纖芯折射率分布設計 172 4.4.3 萬瓦級多模光纖纖芯折射率分布設計 174 4.5 摻鐿大模場包層光纖的重要應用 175
4.5.1 摻鐿大模場光纖在高功率窄線寬光纖激光器方面的應用 175 4.5.2 摻鐿大模場光纖在1018nm激光器方面的應用 181 4.5.3 摻鐿大模場光纖在980nm光纖激光器方面的應用 182 4.5.4 摻鐿大模場光纖在工業激光器領域的應用 182 參考文獻 186
第5章 摻鐿大模場石英光子晶體光纖及應用
5.1 摻鐿大模場石英光子晶體光纖分類及其研究進展 192
5.1.1 摻鐿大模場光子晶體光纖的分類 192 5.1.2 摻鐿大模場光子晶體光纖的研究進展 195 5.2 摻鐿大模場光子晶體光纖的制備與性能 198
5.2.1 光纖制備 198 5.2.2 光纖性能 205 5.3 空氣孔結構摻鐿大模場光子晶體光纖的處理 214
5.3.1 端面處理 214 5.3.2 光纖耦合 217 5.3.3 端面損傷 220 5.4 摻鐿大模場光子晶體光纖的激光性能及應用 221
5.4.1 空氣孔結構大模場光子晶體光纖的激光性能 221 5.4.2 全固態摻鐿光子晶體光纖的激光特性 229 5.4.3 摻鐿大模場光子晶體光纖的應用 234
參考文獻 237
