本文關(guān)鍵詞：光纖端面微結(jié)構(gòu)出射光束遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)直關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái)，光學(xué)系統(tǒng)的微型化、高度集成化已逐漸成為一種新趨勢(shì)。在光纖端面構(gòu)建微結(jié)構(gòu)來(lái)組成微小光學(xué)系統(tǒng)這種技術(shù)在國(guó)外已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)療器械、工程測(cè)量、光纖通信等領(lǐng)域。基于光纖端面微結(jié)構(gòu)的微小光學(xué)系統(tǒng)具有體積小等優(yōu)點(diǎn)，它可以解決一些原有光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法解決的問(wèn)題，其應(yīng)用前景非常廣闊。 在本課題中，使用光纖端面微結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)出射光束的遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)直，并將這種方法應(yīng)用到雙光纖共球耦合傳感器中，，提高傳感器的分辨力。圍繞這個(gè)問(wèn)題，在本課題中完成了以下幾方面研究工作。 (1)研究完成了對(duì)光纖端面微軸棱鏡、光纖端面菲涅爾圓環(huán)、光纖端面環(huán)縫結(jié)構(gòu)、GRIN光纖的相關(guān)理論研究。應(yīng)用波動(dòng)光學(xué)和幾何光學(xué)理論進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出經(jīng)過(guò)不同端面結(jié)構(gòu)出射光束的表達(dá)式。借助仿真，完成了對(duì)每種光纖端面微結(jié)構(gòu)出射光束特性的研究，由此分析出光纖端面軸棱鏡的優(yōu)勢(shì)。 (2)研究完成了針對(duì)光纖端面軸棱鏡的研磨系統(tǒng)。設(shè)計(jì)、加工并且組裝了一套針對(duì)光纖端面微軸棱鏡的光纖研磨系統(tǒng)，在光纖端面成功研磨了一個(gè)底角為45°的軸棱鏡。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)可以在光纖端面加工出底角為30°至45°的軸棱鏡。 (3)研究完成了針對(duì)平端面光纖，光纖端面軸棱鏡，GRIN光纖的相關(guān)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：光纖端面軸棱鏡將原本由平端面光纖出射的光束遠(yuǎn)場(chǎng)質(zhì)心穩(wěn)定性提高了45倍，同時(shí)，將出射光束的發(fā)散角從原有的4.1°壓縮至原有發(fā)散角的11%，即0.47°。研究完成了對(duì)不同長(zhǎng)度的GRIN光纖的出射光束發(fā)散角的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：GRIN光纖對(duì)出射光束的準(zhǔn)直作用與其長(zhǎng)度關(guān)系近似為正弦函數(shù)關(guān)系，其出射光束的發(fā)散角最大為3.2°，最小為1.63°，相比平端面，GRIN光纖可以將從平端面射出的光束的發(fā)散角壓縮至39%。研究完成了針對(duì)光纖端面軸棱鏡出射光束的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在距離光纖端面軸棱鏡出射端面約30μm-50μm處，光斑光強(qiáng)分布的均勻性極高。 (4)應(yīng)用本課題中提出的光纖端面軸棱鏡，制作了新型雙光纖共球耦合傳感器，完成了分辨力測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型雙光纖共球耦合傳感器的分辨力可達(dá)20nm，相比之前的30nm提高了33%。
【關(guān)鍵詞】：光纖端面微結(jié)構(gòu) 光纖研磨 軸棱鏡 GRIN光纖 雙光纖耦合
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 課題背景8-10
• 1.2 光纖端面微結(jié)構(gòu)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 光纖端面微結(jié)構(gòu)技術(shù)方法總結(jié)17-18
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 光纖端面微結(jié)構(gòu)準(zhǔn)直原理及特性研究19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 光纖端面微結(jié)構(gòu)成像原理19-27
• 2.2.1 光纖端面軸棱鏡19-22
• 2.2.2 光纖端面菲涅爾圓環(huán)22-23
• 2.2.3 光纖端面環(huán)縫微結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.4 GRIN 光纖24-27
• 2.3 光纖端面微結(jié)構(gòu)特性理論研究27-35
• 2.3.1 光纖端面軸棱鏡28-32
• 2.3.2 光纖端面環(huán)縫結(jié)構(gòu)32-34
• 2.3.3 光纖端面菲涅爾圓環(huán)34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 光纖端面軸棱鏡制作36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 光纖端面軸棱鏡加工制作系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-43
• 3.2.1 研磨原理及設(shè)計(jì)要求36-40
• 3.2.2 裸光纖夾持40-41
• 3.2.3 光纖位置及角度調(diào)整41-42
• 3.2.4 在線監(jiān)視與線下檢測(cè)42-43
• 3.3 光纖端面軸棱鏡的加工制作43-49
• 3.3.1 加工原理43-45
• 3.3.2 制作過(guò)程45-49
• 3.3.3 成品檢驗(yàn)49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 光纖端面微結(jié)構(gòu)性能測(cè)試51-72
• 4.1 引言51-53
• 4.2 光纖端面微結(jié)構(gòu)出射光束遠(yuǎn)場(chǎng)圖像質(zhì)心穩(wěn)定性測(cè)試53-62
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原理53-56
• 4.2.2 光纖端面軸棱鏡56-58
• 4.2.3 GRIN 光纖58-59
• 4.2.4 平端面光纖59-60
• 4.2.5 三種光纖端面微結(jié)構(gòu)出射光束光斑質(zhì)心穩(wěn)定性對(duì)比60-62
• 4.3 光纖端面微結(jié)構(gòu)出射光束準(zhǔn)直效果測(cè)試62-69
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)原理62-63
• 4.3.2 光纖端面軸棱鏡63-65
• 4.3.3 不同長(zhǎng)度的 GRIN 光纖65-67
• 4.3.4 平端面光纖67
• 4.3.5 多種光纖端面微結(jié)構(gòu)出射光束發(fā)散情況對(duì)比分析67-69
• 4.4 光纖端面微軸棱鏡出射光束遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布測(cè)試69-71
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)原理69-70
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果70-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 第5章 基于光纖端面軸棱鏡的雙光纖共球耦合傳感器的實(shí)驗(yàn)研究72-79
• 5.1 實(shí)驗(yàn)原理72-76
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果76-78
• 5.3 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論79-80
• 參考文獻(xiàn)80-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果87-89
• 致謝89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：279293