制备了掺镱多组分硅酸盐光子晶体光纤纤芯材料。其折射率为1.586, 有效荧光半高宽为85.3 nm, 荧光寿命为1.30 ms。分析了光纤结构参数对光子晶体光纤的归一化频率(单模截止条件)、数值孔径、有效模面积、非线性效应和限制损耗等参数的影响。设计了以该材料为纤芯, 内包层为八边形、五层空气孔的新型结构光子晶体光纤。用有限元法对该光子晶体光纤性能进行了数值模拟。结果表明, 该光纤有效模场面积为1 150 μm2; 当空气孔直径为21.6 μm、孔间距为60 μm时, 内包层数值孔径达到0.45。

研究了Yb3+/Er3+共掺60P2O5-15BaO-10Al2O3-5ZnO-10R2O(R=Na, K)以P2O5为主体的磷基有源光纤材料的光谱性质, 以及不同Yb3+/Er3+掺杂浓度对光谱性质的影响规律。当Er3+浓度为9.100×1019 /cm3、Yb3+的掺杂浓度为5.407×1020 /cm3、Yb3+/Er3+浓度比为6∶1时, 玻璃样品在1 531 nm处的受激发射截面最大, 为6.17×10-21 cm2。同时, 其荧光寿命为9.73 ms, 荧光半高宽为53.16 nm, 发射截面与半高宽的乘积为3.28×10-32 m3, 综合性能最佳。

设计了一种新型的铒、镱共掺高增益光纤材料, 分析了各种组分对氟磷酸盐体系发光性能的影响, 制备出热稳定性和机械性能较好(ΔT=141 ℃)、无析晶、透过率较高的光纤材料。光谱测试结果表明:所制备的光纤芯材料具有较高的吸收截面(2.075 pm2)、较高的发射截面(1.11 pm2)、较长的荧光寿命(7.30 ms)和高的增益品质系数(74.099×103 pm3), 是优良的高增益、宽带宽的光纤放大器增益材料。

酸溶法传像光纤材料具有单丝直径细、柔软性能好、分辨率高等优点，在高清晰度光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景.本文从基质玻璃材料入手，开展了物化性能相互匹配的高光学质量预制棒管的制备、拉排丝以及硬质传像光纤的酸溶试验；对柔性传像光纤的分辨率、光谱透过率以及暗丝等进行了分析与表征.实验结果表明，该材料的制备过程突破了传统传像光纤的生产工艺，实现了传像光纤的结构与工艺创新.

大数值孔径多组分玻璃柔性光纤在医用光纤内窥镜中具有广阔的应用前景。采用La2O3-Nb2O5-SiO2-B2O3-RO玻璃系统作纤芯, 用自制相匹配的低折射率玻璃材料作包层拉制的柔性光纤的数值孔径为0.8725, 光的接受角为122°, 扩大了医用光纤内窥镜的观察范围, 满足了医疗仪器观察诊断的特殊需要。给出了La2O3-Nb2O5-SiO2-B2O3-RO玻璃系统的基本组成范围, 讨论了制作大数值孔径光纤对材料性能的要求, 分析了影响光纤性能的一些因素, 并给出了最新的研究结果。

为使光纤传像束具有良好的传光、传像性能，需要对原始材料的匹配性进行优化设计.本文引入PbO等阳离子半径大的材料作纤芯，用低折射率SiO2和B2O3材料作包层，选择BaO等酸溶速率高的材料作为酸溶层，研究了纤芯、包层和酸溶层玻璃材料之间物化性能和光学性能的匹配性.通过差热分析和光谱透过率等多种实验手段，对这三种玻璃材料的光学和热学性能进行了测试和分析，优化设计出了酸溶法光纤传像束所需要的原料配方.结果表明：在纤芯、包层和酸溶玻璃材料中分别引入质量分数为45%PbO、60% SiO2和40%(B2O3 +BaO)以上时，酸溶法光纤传像束材料的匹配性最佳，该研究和设计对高质量光纤传像束的制备和应用具有重要意义.

引入La2O3等阳离子半径大的材料作纤芯，用低折射率材料作包层，开展了物化性能相匹配的高光学质量纤芯和包层玻璃的制备。采用棒管法拉丝工艺开展了光纤传像束单丝的拉制实验，并对所拉制的双包层光纤进行了测试。实验得到了单根光纤直径为30 μm，透过率为48%/m，芯包同心度误差0.01%，数值孔径为0.82的传像光纤。实验结果表明，该材料的光接收角达到了110°，光纤的集光能力显著提升。

采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响，为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜，通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输，成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082.50 nm，谱线宽度0.113 nm，最大输出功率8.5 W，泵浦阈值功率0.8 W，斜率效率为70.8%的稳定激光输出.

大截面柔性传像光纤光子材料具有单丝直径细、柔软性能好、成像清晰等优点,是目前光电功能材料研究领域最具活力的研究课题之一,其产品在各类高清晰度光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景。对物化性能相互匹配的高光学质量纤芯、包层和酸溶层玻璃的配方进行了设计和制备。对硬质传像光纤开展了单复丝拉制、热熔和酸溶实验。在端部强化和光学冷加工基础上,对柔性传像光纤进行了检测和评价。实验得到了传像光纤直径为6.18 mm,单丝直径为8±1 μm,分辨率为55 线对/mm,可见光透过率大于38%/m,芯/包同心度误差为0.01%,数值孔径为0.65的大截面柔性传像光纤光子材料。

从酸溶法光纤传像束所需原料的配方确定开始,合理设计了纤芯玻璃、包层玻璃和酸溶玻璃三种材料之间物化性能的匹配性。这三种玻璃材料的物化性能将直接影响到所制备的高分辨率光纤传像束的成像质量。通过开展酸的浓度、温度、酸的种类以及酸溶时间等量化关系研究,确定了最适合光纤传像束酸溶的一系列工艺参数,这对于降低传像束的断丝率,提高光纤传像束的成像质量有较大作用。通过大量的实验研究、性能测试和理论分析,确定了多种提高传像束光学性能的有效方法,为光纤传像束的广泛应用奠定了良好的基础。