铋掺杂锗酸盐玻璃微球激光器件的制备及其光学性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文铋掺杂锗酸盐玻璃微球激光器件的制备及其光学性能研究硕士研究生：王善玉指导教师：吕月兰副教授学科、专业：光学工程论文主审人：刘永军副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文铋掺杂锗酸盐玻璃微球激光器件的制备及其光学性能研究硕士研究生：王善玉指导教师：吕月兰副教授学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:AD

2、issertationfortheDegreeofM.EngInvestigationofBismuth-DopedGermanateGlassMicrospheresLaserDeviceCandidate:WangShanyuSupervisor:AssociateProf.LvYuelanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:OpticalEngineeringDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExaminatio

3、n:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保

4、护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字

5、）：导师（签字）：日期：年月日年月日铋掺杂锗酸盐玻璃微球激光器件的制备及其光学性能研究摘要近年来，光子学器件的微型化已经成为科学研究和技术应用的重要趋势之一。光子器件的研究源于超大量数据传输的光纤通信行业。目前光子器件的尺寸普遍比较大，微型光子学器件的设计与集成成为光子学研究领域的重要课题。微腔谐振器与作为耦合波导的微纳光波导是微纳集成光学中的基本单元，是研究微纳光学现象和构筑光子学器件的基石。微球激光器作为一种重要的微腔谐振光学器件，具有体积小、Q值高、阈值低、线宽窄等诸多优点，在集成光学系统和激光器领域极具应用价值。铋掺

6、杂材料具有超宽带近红外发光特性，在研制特殊波段、多波长激光器方面极具潜力。本论文基于玻璃微球谐振腔器件极高的品质因子和铋掺杂玻璃材料的超宽带近红外发光特点，设计了一种铋掺杂锗酸盐玻璃微球激光器件并研究其发光特性，为新波段微型激光器的开发提供一种新的思路，为集成光学系统提供一种新型的窄线宽光源。本论文主要包括以下内容：1、制备了铋掺杂锗酸盐玻璃并测试其光学性能。设计了一种GeO2-Ga2O3-BaO-Bi2O3体系玻璃组分，采用传统的高温熔融淬冷法进行玻璃融制、均化、成型制得铋掺杂锗酸盐玻璃，并测试其吸收光谱、光致发光光谱和发

7、光寿命。通过测试曲线获得最佳铋掺杂浓度和超宽带发光效率的玻璃组分。2、以铋掺杂锗酸盐玻璃为基质采用提拉法制备玻璃丝，用CO2激光器局部加热玻璃丝，烧制铋掺杂锗酸盐玻璃微球。测试微球的光学性能并调整制备工艺，利用X射线衍射仪通过XRD图案鉴定玻璃、玻璃丝和玻璃微球中的非晶态和结晶相，保证其具有较好的光学质量，制备出无析晶、光学性能良好的铋掺杂玻璃微球。3、搭建铋掺杂玻璃微球激光器件并研究其光学性能。搭建锥形光纤的制备平台，使用火焰扫描法制备锥形光纤。利用光谱分析仪检测锥形光纤的损耗特性，确保其有足够的光强耦合进微球。以铋掺杂玻

8、璃微球同时作为增益介质和谐振腔，泵浦光和输出激光通过锥形光纤与微球耦合，实现铋掺杂玻璃微球激光器件。调整耦合条件和微球参数，在808nm的泵浦光激发下，光谱分析仪检测到1305.8nm波长的激光，其阈值泵浦功率为30mW。利用频率扫描法测量该激光透射谱线宽为0.61GHz。通过吸收泵浦功率