掺Yb3+增益导引-折射率反导引型光纤的结构优化与材料协同设计

高功率光纤激光器的飞速发展要求稀土掺杂光纤输出更高功率。目前单模光纤及相关技术已实现千瓦级输出，而实现数千瓦或万瓦级输出的关键是突破单模光纤的限制，设计更先进的光纤结构和采用性能更好的基质材料。增益导引-折射率反导引型（GG+IAG）光纤是一种新型光纤，它能够突破单模光纤的限制，实现万瓦级的功率输出，但光纤结构和基质材料性能有待设计和优化。本项目针对GG+IAG光纤结构和基质材料存在的问题，采用掺Yb3+硅酸盐玻璃为基质材料，以期通过建立数学模型和揭示材料组成与结构对性能的影响机制，实现光纤结构优化和材料性能设计，并对纤芯材料和内包层材料、外包层材料进行协同设计，制备出结构优化、性能优异的光纤，测试光纤光束质量因子、输出功率和输出效率，以对光纤基质材料性能进行综合评价。本项目研究成果将有助于提高光纤输出功率，加速高功率光纤激光器的研究应用进程，同时丰富和发展光纤材料设计领域的理论和方法。

增益导引折射率反导引型（GGIAG）光纤作为一种新型光纤，它有望突破单模光纤的限制，实现万瓦级的功率输出。本项目采用掺Yb3+硅酸盐玻璃为基质材料，建立了相关数学模型，揭示了材料组成与结构对材料性能的影响机制，实现光纤结构优化和材料性能设计，并制备了纤芯材料以及热学性能、光学性能、机械性能等与光纤性能相匹配的内包层玻璃材料和外包层玻璃材料。设计了圆形和D型两种内包层结构，并采用套管法拉制了两种结构GGIAG光纤，测试了光纤的光束质量因子、输出功率和输出效率。分析测试结果以对光纤基质材料性能进行综合评价。本项目的研究成果将有助于提高光纤输出功率，加速高功率光纤激光器的研究应用进程，同时丰富和发展光纤材料设计领域的理论和方法，为开发新型高功率光纤激光器用掺Yb3+激光纤芯玻璃及其包层玻璃材料提供理论和技术基础。