空芯光纤放电特性研究
发布时间：2017-03-21 23:02
本文关键词：空芯光纤放电特性研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：近年来,基于空芯光子晶体光纤的多孔特性,在空芯光纤中充入气体,进而研究光与气体的相互作用,已成为业界的热点。此类研究的主要应用领域为气体传感、光泵气体激光等。为将空芯光纤与传统的气体激光器进行结合,本论文提出在空芯光纤中通过气体放电构造光纤气体激光的思路,针对放电激励的光纤气体激光的相关问题进行了系统的理论、实验研究,论文的主要工作如下： (1)从数值模拟和实验的角度分别进行了空芯光纤中气体填充特性的研究。利用有限元软件对空芯光纤中的气体填充过程进行了仿真模拟。建立了实验平台,对不同充入压强、不同填充气体、不同光纤孔径和不同光纤长度情况下的填充特性进行了实验研究。利用四极质谱仪对光纤内激光混合气体的组分进行检测,研究了光纤激光混合气体各组分的填充特性。理论模拟和实验结果趋势一致。 (2)采用有限元软件对空芯光纤中的射频放电进行了基于流体模型的理论研究。获得了射频放电下空芯光纤中电子密度、电子温度等参数的时空分布,并对射频电压、放电气压等参数造成的影响进行了讨论。研究表明,电压对鞘层并无明显影响,而气压的增大则会导致鞘层厚度的收缩。电压和气压的变化与电子密度、电子温度亦存在直接的关联。 (3)对空芯光纤中的气体放电进行了实验研究。发明了一种新型的射频放电结构,成功实现了空芯光纤中的长距离辉光放电,可在近1m长的空芯光纤中获得较高气压下的辉光放电等离子体。采用发射光谱诊断技术,研究了空芯光纤中气体放电等离子体参量——转动温度、原子激发温度、电子密度——与气压、射频注入功率的关系。研究表明,由于空芯光纤的表面积与体积之比较大,热传导效率较高,空芯光纤中放电等离子体的气体温度均处500K以内,原子激发温度小于104K,电子密度约为1013cm-3,并且等离子体参数随射频注入功率和气体压力的变化并不明显。 (4)研究了辉光放电低温等离子体填充的空芯光子晶体光纤传输特性。在空芯光纤中产生等离子体后,空芯光纤的传输特性将随着等离子体的状态而发生变化。本论文通过有限元法模拟了空芯光纤中的光场分布。通过不同氦氖辉光放电等离子体的折射率计算,将等离子体引入空芯光子晶体光纤的有限元模拟中,计算了光子晶体光纤的限制损耗,得到了空芯光子晶体光纤的传输损耗与气体放电等离子体参数的关系。
【关键词】：空芯光纤 射频放电 低温等离子体 发射光谱诊断 放电模拟
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253
【目录】：
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 1 绪论10-24
- 1.1 光泵浦空芯光纤气体激光11-14
- 1.2 放电激励波导气体激光14-17
- 1.3 空芯光纤中的气体放电技术17-22
- 1.4 本论文的研究内容22-24
- 2 空芯光纤气体填充特性的研究24-41
- 2.1 空气动力学基础理论24-29
- 2.2 空芯光纤气体填充有限元数值模拟29-32
- 2.3 空芯光纤气体填充实验研究32-34
- 2.4 空芯光纤气体填充特性34-40
- 2.5 本章小结40-41
- 3 空芯光纤气体放电模拟研究41-57
- 3.1 气体放电流体模型41-43
- 3.2 直流放电43-47
- 3.3 射频放电47-56
- 3.4 本章小结56-57
- 4 空芯光纤气体放电实验研究57-85
- 4.1 等离子体发射光谱诊断57-68
- 4.2 空芯光纤中的直流放电68-74
- 4.3 空芯光纤中的射频放电74-84
- 4.4 本章小结84-85
- 5 等离子体填充的空芯光纤传输特性研究85-100
- 5.1 光子晶体与光子晶体光纤85-86
- 5.2 带隙型光子晶体光纤86-94
- 5.3 等离子体的折射率94-97
- 5.4 等离子体填充的光子晶体光纤的损耗97-99
- 5.5 本章小结99-100
- 6 总结与展望100-103
- 致谢103-105
- 参考文献105-114
- 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录114
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本文编号：260420
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