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內(nèi)容簡介

　　本書以中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所胡麗麗研究員團隊多年來的研究積累和相關(guān)創(chuàng)新成果為素材，對其進(jìn)行梳理總結(jié)，內(nèi)容涉及稀土摻雜石英玻璃及光纖的發(fā)展歷史、成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備工藝及其應(yīng)用等。全書綜合國內(nèi)外同行的研究報告，把稀土摻雜石英玻璃及光纖的最新研究成果全面、系統(tǒng)地介紹給讀者。全書共計9章，第1章系統(tǒng)介紹石英玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì);第2章闡述摻鐿石英玻璃的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，解析鐿離子局域結(jié)構(gòu)與鐿離子光譜性質(zhì)的關(guān)聯(lián)性;第3章闡述稀土摻雜石英光纖的制備方法和性能表征方法;第4、第5章分別介紹摻鐿包層結(jié)構(gòu)和大模場微結(jié)構(gòu)光纖的特點及應(yīng)用;第6、第7章分別介紹1.5μm波段摻鉺石英光纖以及2μm波段摻銩、鈥石英光纖的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用;第8章介紹摻釹石英光纖的研究進(jìn)展，著重闡述最新的0.9μm波段的激光應(yīng)用進(jìn)展;第9章面向空間環(huán)境光纖激光器的應(yīng)用需求，闡述耐輻照稀土摻雜石英光纖的制備及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展。本書是國內(nèi)首部系統(tǒng)介紹稀土摻雜石英玻璃及光纖的專業(yè)性圖書：一方面突出應(yīng)用導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究，具有原創(chuàng)性、前沿性和引領(lǐng)性;另一方面創(chuàng)作團隊科研實力突出，胡麗麗研究員和團隊長期從事激光玻璃、激光光纖基礎(chǔ)研究及其制備技術(shù)研發(fā)，在稀土摻雜石英玻璃及光纖研究領(lǐng)域取得了大量創(chuàng)新性成果，為國產(chǎn)高功率光纖激光器提供了核心元件支撐，相關(guān)指標(biāo)或國內(nèi)領(lǐng)先或優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，打破了國外長期的技術(shù)封鎖與壟斷。因而本書學(xué)術(shù)價值較高，社會效益巨大。

作者簡介

　　胡麗麗，女，中共黨員，工學(xué)博士。現(xiàn)任中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所研究員、博士生導(dǎo)師，中國硅酸鹽學(xué)會特種玻璃分會理事長，上海市稀土學(xué)會副理事長，上海市硅酸鹽學(xué)會副理事長。長期從事發(fā)光和激光玻璃及特種光纖研究。主要研究領(lǐng)域包括玻璃成分、發(fā)光性能與結(jié)構(gòu)關(guān)系、摻稀土石英玻璃及光纖發(fā)光和激光性能、新型激光玻璃、大尺寸激光釹玻璃制備工藝技術(shù)。承擔(dān)過包括國家自然科學(xué)基金、863計劃、中國科學(xué)院重要方向性項目、國家重大科技專項在內(nèi)的多項科研項目。領(lǐng)導(dǎo)團隊成功開發(fā)了新型低非線性N41型磷酸鹽激光釹玻璃、激光鉺玻璃、大尺寸磷酸鹽激光釹玻璃的連續(xù)熔煉成套工藝技術(shù)和裝備，自主研發(fā)了我國神光系列裝置的全部大尺寸激光釹玻璃，滿足國家重大戰(zhàn)略需求。作為第一完成人帶領(lǐng)團隊獲得上海市2016年度技術(shù)發(fā)明獎特等獎一項、2017年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎一項。本人及與他人合作發(fā)表SCI期刊論文455篇，授權(quán)專利48項。主持撰寫專著1部（《激光玻璃及應(yīng)用》），參與編寫專著1部（《光子學(xué)玻璃及應(yīng)用》）。獲評2000年度全國先進(jìn)女職工；獲2000年度上海市杰出職業(yè)女性稱號；2005年度獲“中國科學(xué)院第二屆十大杰出婦女”榮譽稱號；獲2017年度全國三八紅旗手稱號。2007、2012、2017年分別當(dāng)選為上海市第十三、十四、十五屆人大代表。2019年度當(dāng)選第十六屆上海市科技精英。

圖書目錄

第1章石英玻璃和稀土摻雜石英光纖
1.1 石英玻璃的形成和種類 1
1.1.1 石英玻璃的形成
1 1.1.2 石英玻璃的種類 3
1.2 石英玻璃的結(jié)構(gòu) 4
1.3 石英玻璃的熱學(xué)性質(zhì) 12
1.3.1 玻璃轉(zhuǎn)變溫度 12
1.3.2 熱膨脹系數(shù) 13
1.3.3 黏度 14
1.3.4 熱導(dǎo)率 16
1.3.5 析晶 17
1.4 石英玻璃的力學(xué)性質(zhì) 18
1.5 石英玻璃的光學(xué)性質(zhì) 21
1.5.1 折射率和色散 21
1.5.2 吸收和透過光譜 26
1.5.3 散射和損耗 27
1.5.4 石英玻璃的光彈性系數(shù) 28
1.6 石英玻璃的耐輻照性質(zhì) 29
1.6.1 石英玻璃的輻照效應(yīng) 29
1.6.2 耐宇宙射線輻照 31
1.6.3 抗脈沖激光損傷 33
1.7 稀土摻雜石英光纖 36
1.7.1 稀土離子的發(fā)光性質(zhì) 36
1.7.2 稀土摻雜石英光纖的發(fā)展 38
參考文獻(xiàn) 41
第2章摻鐿石英玻璃的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)
2.1 鐿離子的能級結(jié)構(gòu)及其光譜性質(zhì) 45
2.1.1 鐿離子的能級 45
2.1.2 鑲離子的光譜性質(zhì) 46
2.1.3 鐿離子的光譜理論計算 48
2.2 摻鐿石英玻璃成分-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)之間的關(guān)系 49
2.2.1 摻鐿石英玻璃的制備 49
2.2.2 共摻元素對摻鐿石英玻璃物理性質(zhì)的影響 50
2.2.3 共摻元素對摻鐿石英玻璃光譜性質(zhì)的影響 52
2.2.4 共摻元素對石英玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和Yb3+局域結(jié)構(gòu)的影響 62
2.3 摻鐿石英玻璃熱歷史-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)之間的關(guān)系 78
2.3.1 熱歷史對摻鐿石英玻璃結(jié)構(gòu)和折射率的影響 78
2.3.2 熱歷史對摻鐿石英玻璃光譜性質(zhì)的影響 97
參考文獻(xiàn) 105
第3章稀土摻雜石英光纖的制備及性能表征
3.1 化學(xué)氣相沉積法制備稀土摻雜石英光纖預(yù)制棒 112
3.1.1 改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法 112
3.1.2 外部氣相沉積法和軸向氣相沉積法 122
3.1.3 直接的納米顆粒沉積法 122
3.2 非化學(xué)氣相沉積法制備稀土摻雜石英光纖預(yù)制棒 123
3.2.1 多孔玻璃分相法 123
3.2.2 活性粉末燒結(jié)法 125
3.2.3 溶膠凝膠法結(jié)合高溫?zé)Y(jié)技術(shù) 128
3.2.4 其他非MCVD制備技術(shù) 134
3.3 稀土摻雜石英光纖的拉制和性能表征 136
3.3.1 稀土摻雜石英光纖的拉制 136
3.3.2 稀土摻雜石英光纖的性能表征 139
參考文獻(xiàn) 143
第4章摻鐿大模場包層結(jié)構(gòu)石英光纖及應(yīng)用
4.1 摻鐿大模場包層光纖的結(jié)構(gòu)和特性 146
4.1.1 雙包層結(jié)構(gòu)光纖 147
4.1.2 內(nèi)包層形狀對光纖性能的影響 148
4.1.3 多包層光纖結(jié)構(gòu) 149
4.1.4 新型結(jié)構(gòu)摻鐿大模場包層光纖 151
4.2 影響摻鐿大模場包層光纖性能的主要因素 163
4.2.1 纖芯組分 163
4.2.2 非線性效應(yīng) 165
4.2.3 光子暗化效應(yīng) 165
4.2.4 模式不穩(wěn)定性 166
4.2.5 光纖涂覆層可靠性 167
4.2.6 溫升對摻鐿光纖的影響 167
4.3 摻鐿大模場包層光纖的組分設(shè)計原則 169
4.4 摻鐿大模場包層光纖的光學(xué)設(shè)計 170
4.4.1 千瓦級摻鐿大模場光纖纖芯折射率分布設(shè)計 171
4.4.2 萬瓦級高亮度光纖纖芯折射率分布設(shè)計 172
4.4.3 萬瓦級多模光纖纖芯折射率分布設(shè)計 174
4.5 摻鐿大模場包層光纖的重要應(yīng)用 175
4.5.1 摻鐿大模場光纖在高功率窄線寬光纖激光器方面的應(yīng)用 175
4.5.2 摻鐿大模場光纖在1018nm激光器方面的應(yīng)用 181
4.5.3 摻鐿大模場光纖在980nm光纖激光器方面的應(yīng)用 182
4.5.4 摻鐿大模場光纖在工業(yè)激光器領(lǐng)域的應(yīng)用 182
參考文獻(xiàn) 186
第5章摻鐿大模場石英光子晶體光纖及應(yīng)用
5.1 摻鐿大模場石英光子晶體光纖分類及其研究進(jìn)展 192
5.1.1 摻鐿大模場光子晶體光纖的分類 192
5.1.2 摻鐿大模場光子晶體光纖的研究進(jìn)展 195
5.2 摻鐿大模場光子晶體光纖的制備與性能 198
5.2.1 光纖制備 198
5.2.2 光纖性能 205
5.3 空氣孔結(jié)構(gòu)摻鐿大模場光子晶體光纖的處理 214
5.3.1 端面處理 214
5.3.2 光纖耦合 217
5.3.3 端面損傷 220
5.4 摻鐿大模場光子晶體光纖的激光性能及應(yīng)用 221
5.4.1 空氣孔結(jié)構(gòu)大模場光子晶體光纖的激光性能 221
5.4.2 全固態(tài)摻鐿光子晶體光纖的激光特性 229
5.4.3 摻鐿大模場光子晶體光纖的應(yīng)用 234
參考文獻(xiàn) 237
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