近日，上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室解析了热致Yb³⁺/Al³⁺/P⁵⁺/F^-共掺石英玻璃折射率变化机理，并创新性地提出了一种后调制光纤光束质量的方法，相关研究成果正式发表于《美国陶瓷学会杂志》(Journal of the American Ceramic Society)。
　　Yb³⁺/Al³⁺/P⁵⁺/F^-共掺石英光纤（YbAPF）是高功率激光器中最重要的增益介质，数值孔径（NA）是决定光纤光束质量的关键参数。但在光纤制备过程中，光纤将经历一系列热过程，热历史的变化将导致纤芯和包层折射率变化量不同，进而引起NA升高，恶化光纤光束质量。但热致折射率变化机理尚未明确，亦无有效手段解决这一难题。
　　研究团队以无应力YbAPF玻璃和Heraeus F300纯石英玻璃为探针，利用氢氧焰加热淬冷的方式模拟光纤拉丝过程，揭示了YbAPF光纤NA、结构与热历史的直接关系。核磁共振结果表明YbAPF玻璃热致折射率变化机理是AlPO₄结构的形成和解聚，Si-O-Si网络结构的调整，而F300玻璃热致折射率变化仅来源于Si-O-Si网络结构调整，因此相同处理条件下，YbAPF玻璃折射率变化量更大，导致NA改变。基于上述机理，课题组创新性地提出了一种后调制光纤光束质量的方法，利用高温退火技术有效调控光纤数值孔径，大幅改善光纤光束质量。
　　相关研究得到了国家自然科学基金，上海国际合作基金和上海杨帆计划的支持。
　　原文链接：Structural origin of thermally induced refractive index changes in Yb³⁺/Al³⁺/P⁵⁺/F^?‐co‐doped silica glass

原始（a）和退火（b）大模场YbAPF光纤的截面图
原始（c）和退火（d）大模场YbAPF光纤的激光光斑

责任编辑：张婧睿