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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百九十二期) 

2021年4月26日

上海光機所解析Yb3+/Al3+/P5+/F-共摻石英玻璃熱致折射率變化機理

  近日,中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室解析了熱致Yb3+/Al3+/P5+/F-共摻石英玻璃折射率變化機理,并創新性地提出了一種后調制光纖光束質量的方法,相關研究成果正式發表于《美國陶瓷學會雜志》(Journal of the American Ceramic Society)。

  Yb3+/Al3+/P5+/F-共摻石英光纖(YbAPF)是高功率激光器中最重要的增益介質,數值孔徑(NA)是決定光纖光束質量的關鍵參數。但在光纖制備過程中,光纖將經歷一系列熱過程,熱歷史的變化將導致纖芯和包層折射率變化量不同,進而引起NA升高,惡化光纖光束質量。但熱致折射率變化機理尚未明確,亦無有效手段解決這一難題。

  研究團隊以無應力YbAPF玻璃和Heraeus F300純石英玻璃為探針,利用氫氧焰加熱淬冷的方式模擬光纖拉絲過程,揭示了YbAPF光纖NA、結構與熱歷史的直接關系。核磁共振結果表明YbAPF玻璃熱致折射率變化機理是AlPO4結構的形成和解聚,Si-O-Si網絡結構的調整,而F300玻璃熱致折射率變化僅來源于Si-O-Si網絡結構調整,因此相同處理條件下,YbAPF玻璃折射率變化量更大,導致NA改變?;谏鲜鰴C理,課題組創新性地提出了一種后調制光纖光束質量的方法,利用高溫退火技術有效調控光纖數值孔徑,大幅改善光纖光束質量。

  相關研究得到了國家自然科學基金,上海國際合作基金和上海楊帆計劃的支持。

  原文鏈接

原始(a)和退火(b)大模場YbAPF光纖的截面圖。原始(c)和退火(d)大模場YbAPF光纖的激光光斑

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