光纖作為現(xiàn)今最完美的光波導,具有重量輕、損耗低、抗電磁干擾等優(yōu)點,在通信、傳感、照明等領域有著不可替代的地位。為了充分利用光纖的優(yōu)勢,不同類型的光纖器件相繼被提出。光纖光柵作為一種全光纖器件,與現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡能夠完美兼容,自提出之日起便在光通信領域受到廣泛關注,被用于濾波、色散補償?shù)取０殡S著光纖通信的發(fā)展,光纖光柵在傳感領域的應用也逐漸被關注,尤其是近些年來隨著人們對環(huán)境保護、食品安全的重視,以光纖傳感為基礎的“光纖實驗室(Lab on fiber)”的概念吸引了很多研究者的注意。就“光纖實驗室”的應用而言,進一步提升光纖光柵的折射率傳感性能十分關鍵。除了光纖光柵,光纖表面納米軸向光子(SNAP)作為一種新的加工平臺,可以實現(xiàn)光纖表面微腔的低損耗、高精度加工,在下一代全光信號處理中具有巨大應用潛力。本論文以激光加工為手段(紫外激光、飛秒激光),圍繞光纖光柵及SNAP結(jié)構兩個主題進行研究,主要工作內(nèi)容包括:1)研究了局域化光纖布拉格光柵(FBG)的飛秒激光逐點刻寫,并基于逐點刻寫法的靈活性,提出了一種局域化多光柵結(jié)構。利用該結(jié)構,在室溫條件下提出并實驗驗證了摻鉺光纖激光器的雙波長穩(wěn)定輸出。2)理論分析了長周期光柵(LPG)的傳感特性,并首次實現(xiàn)了對色散拐點LPG的飛秒加工,且實驗驗證了LPG在色散拐點附近的高靈敏度。3)針對普通LPG在水折射率附近折射率靈敏度較低的問題,提出了基于飛秒加工的局域化偏芯LPG結(jié)構。提出的該光柵周期僅有15μm,可以將纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓怦詈系礁唠A包層模式。為了增強高階包層模式的耦合效率,在制備該光柵結(jié)構時采用了偏芯刻寫方案。4)通過減小光柵周期,利用紫外激光制備了一種超窄帶寬LPG。對LPG的帶寬進行分析發(fā)現(xiàn),其帶寬大小與光柵周期數(shù)成反比,因此我們降低光柵周期大小,以便在特定長度內(nèi)引入更多周期數(shù)。基于此方案,我們利用紫外激光成功刻寫了帶寬小于1 nm的LPG,這是目前所報道的最窄帶寬的LPG。5)提出并實現(xiàn)了光纖SNAP結(jié)構的飛秒刻寫方案。在此方案中,飛秒激光在光纖內(nèi)部引入的調(diào)制對光纖外表面施加壓力,從而引起光纖半徑的納米級變化。基于此方案,我們成功實現(xiàn)了光纖表面串聯(lián)微腔的亞埃米精度加工。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

其制備技術的發(fā)展為新的應用提供了可能術帶來了新的挑戰(zhàn)，如此循環(huán)往復，從而帶動了技術，我們以制備技術為主線，應用為輔，對光纖光柵以們對本論文的主要研究內(nèi)容、研究成果以及論文章格光柵常由光纖纖芯折射率的周期性調(diào)制構成，如圖 1-1 所可以分為光纖布拉格光柵(FBG)以及長周期光柵(LP比較短，只有幾百納米到幾個微米量級，纖芯中傳輸周期通常比較長，可以達到幾百微米甚至毫米量級，輸方向的包層模式。本節(jié)我們先介紹 FBG，包括 FLPG 的內(nèi)容安排在下一節(jié)中。

圖 1-2 駐波法刻寫 FBG 實驗裝置示意圖[15]Meltz 等人提出了全息干涉刻寫法[16]，F(xiàn)BG涉法中，兩束相干光(244 nm)從光纖側(cè)面橫涉，沿著光纖方向形成周期性的光強變化。夠透過光纖包層在纖芯處引入周期性折射率，F(xiàn)BG 中心波長可以通過調(diào)節(jié)兩束干涉光展了 FBG 的中心波長范圍，使得人們可以FBG 受到廣泛的關注。然有效拓展了 FBG 的中心波長范圍，但該大范圍應用來說，刻寫重復性和成本也是需的提出有效的解決了這個問題[17]。相位掩膜板，其中一面用光刻技術引入一維周期性結(jié)靠掩膜板放置(但不接觸)，紫外光垂直于掩

1-3 基于相位掩膜板的 FBG 刻寫裝置示意圖[方案的提出大大精簡了 FBG 的制備過程全息干涉法，相位掩膜板法簡化了光纖準所用紫外激光相干性的要求。對紫外激光器也能成功應用于 FBG 的刻寫。除此之可以利用單次曝光在多個光纖內(nèi)引入 FBG本。當然，相位掩膜板技術也有自己的缺確定，只能通過應力或者紫外曝光處理進更適合于對 FBG 中心波長調(diào)節(jié)范圍要求提高，F(xiàn)BG 刻寫方案的發(fā)展還伴隨著激光紫外激光。紫外激光刻寫需要光纖具有低，難以滿足光柵刻寫需求，而提高光纖
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本文編號：2865994