【摘要】：微結(jié)構(gòu)光纖(Microstructure Optical Fiber,MOF)是指具有微米或者納米尺度結(jié)構(gòu)的光纖,一般包括光子晶體光纖(Photonics Crystal fiber,PCF)和其他一些具有特殊結(jié)構(gòu)的光纖,例如柚子型光纖、布拉格光纖、多芯光纖等。隨著各種具有新穎的光學(xué)特性的光子晶體光纖的面世。讓人們對光纖有了全新的認(rèn)識,自此多種新型的光纖理念被陸續(xù)提出、實(shí)現(xiàn),這極大地豐富了特種光纖在通信、激光、傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。然而微結(jié)構(gòu)光纖的特殊的結(jié)構(gòu)以及材料特性導(dǎo)致的兼容性問題,使其不能很好的應(yīng)用實(shí)際,因此針對微結(jié)構(gòu)光纖的后加工技術(shù)日益重要。本文從傳感器件和傳感應(yīng)用需求出發(fā),設(shè)計(jì)并制作數(shù)種微結(jié)構(gòu)光纖,研究了微結(jié)構(gòu)光纖的低損耗熔接使其具有更好的兼容性,進(jìn)一步探索了微結(jié)構(gòu)光纖后加工技術(shù),測試并分析了特定的微結(jié)構(gòu)光纖器件的性能,其中著重介紹了幾種微結(jié)構(gòu)光纖及器件的傳感應(yīng)用。本文對微結(jié)構(gòu)光纖的分類及理論進(jìn)行了介紹,同時(shí)介紹了其他科研工作者在光纖的后加工技術(shù)上的貢獻(xiàn),著重對長周期光柵的理論,制作以及應(yīng)用進(jìn)行了闡述。從本課題組的實(shí)際需求出發(fā),利用一種新型的二氧化碳激光熔接機(jī),開發(fā)出了幾種特種光纖的后加工方式,具體分為兩個(gè)部分:1、特種光纖的熔接,包括不等徑光纖的熔接,光纖端帽的熔接,光子晶體光纖熔接等。詳細(xì)介紹了一種高非線性光子晶體光纖的熔接方法,該方法包括對光子晶體光纖的預(yù)塌縮技術(shù),小芯徑高數(shù)值孔徑光纖的熔接,加工后的光子晶體光纖熔接三個(gè)部分。2、針對該設(shè)備,開發(fā)了一套長周期光柵的制作方法,并對該方法改進(jìn)并得到另一種低損耗長周期光柵的制作方法,并對我們在長周期光柵的應(yīng)用方面的研究進(jìn)行介紹。在這一部分研究基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的通過選用不同類型的光纖并改進(jìn)加工方式,提出了兩種新型長周期光柵并進(jìn)行傳感應(yīng)用。從改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的思路出發(fā),提出了一種單模多芯光纖螺旋長周期光柵。設(shè)計(jì)并拉制了一種十九芯光纖,由于這十九個(gè)芯之間的距離較近,同時(shí)每個(gè)纖芯的NA較低,由于纖芯間強(qiáng)烈的耦合使得該光纖支持單模傳輸。采用二氧化碳激光以固定速度對該光纖進(jìn)行加熱掃描,同時(shí)以恒定的角速度扭轉(zhuǎn)光纖,當(dāng)光纖冷卻以后,由于19芯的排布呈現(xiàn)非圓對稱,使得這種螺旋結(jié)構(gòu)被固化于十九芯光纖的纖芯區(qū)域中,形成一種螺旋長周期光柵。該光柵在光譜上表現(xiàn)出多個(gè)波段的耦合峰。由于在制作過程中,引入了螺旋結(jié)構(gòu),使該光纖應(yīng)用于扭轉(zhuǎn)測量中,表現(xiàn)出較好的性能。不僅具有較高的扭轉(zhuǎn)靈敏度而且可以測量扭轉(zhuǎn)方向。此外該光柵作為扭轉(zhuǎn)傳感器時(shí),具有較低的溫度串?dāng)_性。從改變光纖材料的思路出發(fā),提出了一種元素周期性熱擴(kuò)散型長周期光柵,成功應(yīng)用于高溫傳感。由于在高數(shù)值孔徑光纖的纖芯中摻雜有大量的鍺,高溫下,鍺的擴(kuò)散能增大纖芯尺寸和模場。在該現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,使用二氧化碳激光對高摻鍺光纖進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)加熱,使光纖纖芯每間隔數(shù)百微米產(chǎn)生元素?cái)U(kuò)散,從而構(gòu)成長周期光柵的調(diào)制。由于該光纖是在高溫下制作而成,天生具備耐高溫特性。由于纖芯中含有大量鍺,而鍺具有較高的熱光系數(shù),因此該光纖同時(shí)具備較高的溫度靈敏度。仿照長周期光柵的傳感原理,提出了一種采用雙導(dǎo)光機(jī)制的微結(jié)構(gòu)光纖,成功應(yīng)用于折射率傳感。。在該光纖兩端直接熔接單模光纖,即可以實(shí)現(xiàn)基模和高階模之間的干涉,得到標(biāo)準(zhǔn)的雙光束干涉光譜形成馬赫曾德干涉儀。通過化學(xué)腐蝕的方法剝離微結(jié)構(gòu)光纖的部分包層,使高階模更容易受環(huán)境折射率變化的影響。當(dāng)環(huán)境折射率發(fā)生改變時(shí)高階模的有效折射率亦隨之改變,使得光譜上的干涉峰產(chǎn)生飄移。通過飄移量對環(huán)境折射率的變化進(jìn)行標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)折射率傳感。在常溫下,由該方式制作的折射率傳感器屬于溫度不敏感型。
【圖文】：

2)針圖 1.1無截止單針對傳統(tǒng)光纖1（a）懸掛芯單模傳輸光子纖，其單模芯光纖端面結(jié)子晶體光纖模傳輸特性可結(jié)構(gòu) (b)基于纖可以由公式該懸掛芯光纖式 1.1 決定:纖的物質(zhì)檢測測系統(tǒng)

3)無（a）摻鐿單高非線性無截止單模傳單模光子晶體性光子晶體光傳輸光子晶體光纖（b）摻激光纖晶體光纖通過摻鐿單模光子激光放大系統(tǒng)過減小占空子晶體光纖放統(tǒng)空比（空氣放大圖片（c）孔直徑和空）基于該有源空氣孔之間源間
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN253

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 Yingying Wang;Meshaal Alharbi;Thomas D.Bradley;Coralie Fourcade-Dutin;Benot Debord;Benot Beaudou;Frdric Germe;Fetah Benabid;;Hollow-core photonic crystal fibre for high power laser beam delivery[J];High Power Laser Science and Engineering;2013年01期

2 楊遠(yuǎn)洪;段瑋倩;葉淼;楊明偉;;光子晶體光纖陀螺技術(shù)[J];紅外與激光工程;2011年06期

3 奚小明;陳子倫;孫桂林;劉曉頎;侯靜;;普通光纖與小芯徑實(shí)芯光子晶體光纖的塌孔熔接技術(shù)[J];中國激光;2011年01期

4 董小偉;馮素春;魯韶華;許鷗;簡水生;;兩平行長周期光柵耦合器型上下話路濾波器的研究[J];物理學(xué)報(bào);2007年12期

5 丁金妃;付宏燕;;包層腐蝕長周期光纖光柵對的光譜特性研究[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2007年03期

6 張巍;張磊;陳實(shí);蔡青;黃翊東;彭江得;;高非線性光子晶體光纖與單模光纖低損耗熔接實(shí)驗(yàn)[J];中國激光;2006年10期

，

本文編號：2630785