【摘 要】
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多组分玻璃是一类重要的激光玻璃,且具有优良的光学和物理化学特性,如较低的熔制温度、较高的稀土离子溶解度、良好的红外透过能力和宽的可调谐带宽等,是非常具有吸引力的光纤激光器的光纤基质材料。然而,当玻璃光纤激光器应用于强激光输出或太空高能粒子(如γ射线)辐照环境中时,会导致玻璃光纤中产生结构缺陷,即产生色心缺陷,从而导致光纤光吸收增加,光纤暗化,降低光纤激光器性能,严重时使激光器失效。其中γ射线导致的
【基金项目】
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“极端条件下光纤微结构演变及暗化动力学过程研究”国家自然科学基金联合基金项目(U1830203)
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多组分玻璃是一类重要的激光玻璃,且具有优良的光学和物理化学特性,如较低的熔制温度、较高的稀土离子溶解度、良好的红外透过能力和宽的可调谐带宽等,是非常具有吸引力的光纤激光器的光纤基质材料。然而,当玻璃光纤激光器应用于强激光输出或太空高能粒子(如γ射线)辐照环境中时,会导致玻璃光纤中产生结构缺陷,即产生色心缺陷,从而导致光纤光吸收增加,光纤暗化,降低光纤激光器性能,严重时使激光器失效。其中γ射线导致的光纤暗化称为辐致暗化。由于多组分玻璃结构的复杂性,目前对于辐致暗化的机制还有待透彻理解,抑制多组分玻璃光纤的辐致暗化措施还有待系统研究。本文以用于近红外波段光纤激光器的多组分锗酸盐(BGG)玻璃、多组分磷酸盐(PKBE)玻璃和多组分碲酸盐(TTZ)玻璃作为研究对象,研究了可变价离子掺杂对这三种多组分玻璃抗辐致暗化性能的影响,研究内容和成果如下:(1)研究了可变价离子(Nb5+、Ce4+和Sb3+)掺杂对BGG玻璃抗辐致暗化性能的影响。研究表明,这三种可变价离子都可以通过自身的价态转换来抑制Ge-NBOHC和GEC这两种色心缺陷的形成,从而提高BGG玻璃的抗辐致暗化性能。其中,掺杂Ce4+的BGG玻璃抗辐致暗化性能最好。(2)通过吸收光谱和EPR图谱研究了Ce4+和Sb3+的掺杂对PKBE玻璃抗辐致暗化性能的影响。结果表明,掺杂Ce4+和Sb3+的PKBE玻璃可以通过自身的价态转换来抑制POHC和POECs这两种色心缺陷的形成。其中,掺杂Ce4+的PKBE玻璃抗辐致暗化性能较优。(3)结合吸收光谱,探索了不同累积剂量的γ射线对TTZ玻璃暗化效应的影响。结果表明,γ射线辐照TTZ玻璃产生的吸收损耗主要在紫外可见区域,且TTZ玻璃对γ射线较为敏感,在20 KGy剂量的γ射线辐照下,暗化效应就达到饱和。(4)结合吸收光谱和EPR图谱,研究了可变价离子(Nb5+、Ce4+和Sb3+)掺杂对TTZ玻璃抗辐致暗化性能的影响。研究发现,未掺杂的TTZ玻璃在γ射线辐照后会产生NBOHC和Te EC两种色心缺陷;掺杂Ce4+的TTZ玻璃通过自身的价态转换可以抑制这两种色心缺陷的产生;而掺杂Nb5+和Sb3+的TTZ玻璃由于Nb5+和Sb3+的存在使得玻璃网络结构发生变化,产生更多的非桥氧原子,从而更容易诱导色心缺陷的形成。
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