【摘要】：在過去的幾十年里,光纖技術(shù)在傳感、通信、生物、醫(yī)學(xué)、航天航空等領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著制作工藝與理論技術(shù)的不斷進步,光纖也向著微型化發(fā)展。光纖微納化是實現(xiàn)光學(xué)器件小型化的重要步驟。相較于普通光纖,微納光纖在結(jié)構(gòu)尺寸、傳輸損耗、光場約束能力、倏逝場強等方面具有顯著優(yōu)勢,尤其在傳感領(lǐng)域,具有尺寸小,靈敏度高等優(yōu)點。為此,開展微納光纖的研究具有重要理論意義和應(yīng)用價值。本文主要研究內(nèi)容為:對微納光纖結(jié)構(gòu)特點、光波導(dǎo)特性以及傳輸損耗的理論進行了研究。自主設(shè)計了六維微納光纖熔融拉錐平臺,并利用該平臺進行了微納光纖的制備(制備的微納光纖尺寸約為5-60μm),研究了制備的微納光纖的光學(xué)特性。研究表明:微納光纖與普通光纖相比,傳輸特性發(fā)生了很大的改變,倏逝場強大大的提高,具備普通光纖沒有的微光傳感特性,彎曲更敏感,耦合性也變好。此外,利用微納光纖研究了微納光纖傳感特性:制備了以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基底的微納光纖傳感器,研究表明,以PDMS為基底的微納光纖傳感器具有更強的倏逝場,更好的傳感性能;制備了微納光纖微光傳感器,研究表明,微納光纖微光傳感器對于微光具有非常好的傳感性能;制備了微納光纖彎曲傳感器,研究表明,微納光纖彎曲傳感去對彎曲更加敏感,敏感度隨著彎曲曲率的增大而增大。利用RSOFT軟件對微納光纖傳感器進行了仿真模擬,模擬結(jié)果表明,這些傳感器的理論數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果吻合比較好,為進一步的實際應(yīng)用提供了理論和實驗支撐。進一步地,利用微納光纖制備了 2X2光纖耦合器,研究了微納光纖耦合的特性,根據(jù)理論和實驗研究掌握了光纖耦合器的制備工藝和理論。本課題的特色在于:自主設(shè)計了六維微納光纖熔融拉錐平臺,使用熔融拉錐法制備了 一些微納光纖。用制備好的微納光纖設(shè)計了三種微納光纖傳感器(以PDMS為基底的微納光纖傳感器、微納光纖微光傳感器以及微納光纖彎曲傳感器)和一種2×2微納光纖定向耦合器,運用理論仿真對實驗現(xiàn)象進行了分析。本論文的研究對微納光纖傳感器應(yīng)用具有一定的借鑒意義。
【圖文】：

，、、導(dǎo)等）、圓柱形光波導(dǎo)（二層圓柱形光波導(dǎo)及多層圓柱形光波導(dǎo)）等［４（于平板形光波導(dǎo)和圓柱形光波導(dǎo)，其他類型的光波導(dǎo)應(yīng)用較少，因此本板形光波導(dǎo)以及圓形光波導(dǎo)進行介紹。逡逑１）平板型光波導(dǎo)（Ｐｌａｎａｒ邋Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ，邋ＰＬＣ），它是各種繼承光的基礎(chǔ)，在橫截面的一個方向限制光波傳播，其形狀就像是一塊電路板。波導(dǎo)主要應(yīng)用于分路器技術(shù)，也可以用于設(shè)計耦合器、半導(dǎo)體激光器、光傳輸器件。逡逑平板型波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)一般由三層介質(zhì)構(gòu)成，中間的導(dǎo)波層的厚度一般為米，折射率為巧，底層介質(zhì)稱為襯底，其折射率為頂層介質(zhì)稱為覆折射率為ｎ２，襯底和覆蓋層統(tǒng)稱為平面波導(dǎo)的包層，如下圖２－１所示，的折射率需滿足巧＞邋ｎ２、ｎａ。逡逑Ｘ

普通光纖的結(jié)構(gòu)十分簡單，可以分為纖芯（ｃｏｒｅ）、包層（ｃｏａｔｉｎｇ）和涂覆逡逑層（ｊａｃｋｅｔ）三部分。其中纖芯的折射率相對較高，主要用于傳輸光；包層的折逡逑射率相對較低，包層和纖芯之間的折射率差異保證了光在纖芯內(nèi)傳播時的全反射逡逑條件，使得光的大部分能量被約束在纖芯中；而涂覆層的作用在于保護光纖，它逡逑的強度比較大，能承受較大的沖擊力。不同類型的光纖在纖芯和包層的尺寸上差逡逑別很大，，甚至在同一個光纖中，纖芯和包層的界面也可能是階躍的或者是漸變的，逡逑即折射率的突變或漸變。標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖的纖芯直徑為８－１０卜ｕｎ邋（標(biāo)準(zhǔn)的多模光逡逑纖的纖芯直徑為５０－６２．５ｎｍ），包層直徑是１２５ｐｍ邋（—根頭發(fā)絲的平均直徑為逡逑１００網(wǎng)），（塑料）涂覆層的直徑約為２５０｜ｉｍ。逡逑普通光纖的結(jié)構(gòu)如下圖２－２所示（取標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖為例）：逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江工商大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TP212

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本文編號：2589781