【摘要】：光纖光柵按周期長(zhǎng)短可分為長(zhǎng)周期光纖光柵與布拉格光纖光柵,長(zhǎng)周期光纖光柵(long-period fiber grating,LPFG)具有體積較小、附加損耗低、波長(zhǎng)選擇性好、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),在環(huán)境傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)采用高頻CO_2激光脈沖將普通單模光纖光柵,以及拉制出的直徑為11μm的細(xì)芯微納光纖寫(xiě)制成周期為600μm的長(zhǎng)周期光纖光柵。研究了長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)外界環(huán)境的變化,例如:溫度、折射率、以及污染物濃度等的傳感特性。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)研究了光纖光柵透射譜諧振波長(zhǎng)與環(huán)境溫度的變化關(guān)系。當(dāng)采用普通單模光纖進(jìn)行溫度傳感時(shí),其諧振峰中心波長(zhǎng)隨溫度升高向長(zhǎng)波方向移動(dòng),且其溫度靈敏度為0.038 nm/℃。采用微納光纖制備的光柵其諧振峰中心波長(zhǎng)隨溫度升高呈現(xiàn)一個(gè)相反的趨勢(shì),即溫度升高其中心波長(zhǎng)往短波方向移動(dòng),且具有更高的溫度靈敏度,其平均值可達(dá)0.140 nm/℃。(2)進(jìn)行了長(zhǎng)周期微納光纖光柵對(duì)液體的折射率傳感測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其諧振峰中心波長(zhǎng)和折射率成線性變化,折射率越大中心波長(zhǎng)也越大。長(zhǎng)周期微納光纖光柵的折射率靈敏度為512 nm/RIU。(3)利用提拉法將溶膠-凝膠膜層包覆在長(zhǎng)周期微納光纖光柵表面制備成傳感單元。該微納光纖光柵的諧振峰中心波長(zhǎng)隨環(huán)境分子態(tài)污染物濃度的變化呈二次項(xiàng)變化規(guī)律,其平均靈敏度約為8.78 nm/(g/m~3)。本論文利用CO_2激光脈沖法制備了長(zhǎng)周期光纖光柵,其中微納光纖光柵較普通光纖光柵具有更高的環(huán)境溫度傳感靈敏度。微納光纖光柵在液體折射率、及環(huán)境污染物濃度測(cè)量傳感方面,也有相當(dāng)?shù)撵`敏度、穩(wěn)定性。本論文為拓展微納光纖光柵在傳感器方面的應(yīng)用提供了一定的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212.9;TN253
【圖文】：

波器中具有巨大實(shí)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在對(duì)多個(gè)信道的同時(shí)補(bǔ)償。周期光纖光柵的制備技術(shù)FG 的制作方法多種多樣，除了采用紫外光寫(xiě)入法、腐蝕刻槽法還激光脈沖法、機(jī)械壓力法等等。以上各種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，也不相同，使用者可根據(jù)自己想要達(dá)到的目標(biāo)而自主選擇寫(xiě)入方法單介紹各種寫(xiě)制方法。寫(xiě)入法光寫(xiě)入法[22]主要用到 Krf 激光器、寬帶光源、光譜分析儀、偏振模板等設(shè)備。將增敏后的單模光纖于振幅掩膜板照射，使其單模光性調(diào)制，如圖 1-1 所示。應(yīng)用該方法寫(xiě)入的光纖光柵對(duì)光源的相制作工藝較為成熟、光譜特性也比較穩(wěn)定。但是采用該方法寫(xiě)入的下幾個(gè)缺點(diǎn)：1）由于制作過(guò)程需要引入掩模板，導(dǎo)致其寫(xiě)制過(guò)靈活性較其他方法差，且制作成本較高不適合大規(guī)模使用；3）該期光纖光柵耐高溫性能差，需要在制作完成后進(jìn)行退火處理。

第一章 緒論于可以同時(shí)調(diào)節(jié)峰值損耗和諧振波長(zhǎng)，可作為一種新型的激光寫(xiě)入法O2寫(xiě)入法[23]是一種簡(jiǎn)單高效的寫(xiě)入方法，其寫(xiě)入原理和紫的區(qū)別，紫外光寫(xiě)入法的基本原理是通過(guò)光纖中各種不同而導(dǎo)致光纖折射率的發(fā)生明顯的變化。圖 1-2 為采用高頻長(zhǎng)周期光纖光柵。然而使用 CO2激光刻寫(xiě)法主要是利用光[23]。使用 CO2激光脈沖掃描光纖時(shí)，由于 CO2激光脈沖的的殘余應(yīng)力得到釋放，從而使得作用區(qū)域折射率發(fā)生改變光柵的過(guò)程中，不需要采用特殊光纖（一般是指光敏光纖的元素離子，只需要對(duì)普通的單模光纖進(jìn)行預(yù)處理即可刻用 CO2高頻脈沖激光寫(xiě)入的長(zhǎng)周期光纖光柵具有制作靈活優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前制作光柵的一種普遍的方式[23,24]。

其主要表現(xiàn)在微納光纖的直徑大小不均勻，且光纖表面致生長(zhǎng)出的微納光纖存在巨大損耗,另外該方法制備微納光纖的一般不建議采用該種方法制備微納光纖。然而制備微納光纖還有自上而下法制備微納光纖，自上而下法制備微納光纖有兩種不同用刻蝕法，即可采用濃度較低 HF 酸進(jìn)行刻蝕，但是這種方法制性極差，操作度也大，而且氫氟酸對(duì)人體傷害也大，因此該方而下法的第二個(gè)途徑就是通過(guò)光纖拉錐法來(lái)制備了，本文所制均是采用光纖拉錐法制備出來(lái)的。采用光纖拉錐法去拉制微納模光纖剝制干凈，用酒精清洗光纖表面，待光纖熔融后采用電 2003 年，童利民[31]等人就在 Nature 上發(fā)表了拉制 50 nm 直徑，m 的硅納米線[31]。經(jīng)過(guò)科研人員的不斷努力，現(xiàn)在制備微納光纖，主要包括藍(lán)寶石光纖輔助的兩步拉伸方法[32,33]、以及火焰掃描方型的火焰掃描法[37]和直接拉制法[38-41]這四種方案。圖 1-3 所示是貌[42]，從該圖可以看出微納光纖的直徑非常均勻，并且其耐彎行光纖耦合。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2796000