多峰谐振光纤光栅的飞秒激光制备及特性研究

论文摘要

长周期光纤光栅的周期长度一般为十几微米到几百微米，而多峰谐振光纤光栅的周期长度为几个毫米。多峰谐振光纤光栅不仅具有传统长周期光纤光栅的优势，还有自己独有的特点，因此多峰谐振光纤光栅在光纤通信和传感领域将具有更高的应用价值。首先研究了长周期光纤光栅和多峰谐振光纤光栅的模式耦合理论，理论模拟了长周期光纤光栅和多峰谐振光纤光栅的透射传输谱，分析了折射率改变量、周期数量和周期长度对透射传输谱损耗谐振峰的影响，推导出了多峰谐振光纤光栅的谐振波长漂移量的温度、拉伸、环境折射率变化灵敏度。接着利用飞秒激光脉冲采用逐点写入法制备了周期长度为500μm的长周期光纤光栅和周期长度为1mm，2mm，4mm的多峰谐振光纤光栅并对比了它们的透射传输谱。实验研究了周期数量、脉冲功率、周期长度、温度和环境折射率分别对多峰谐振光纤光栅透射传输谱的影响。与长周期光纤光栅相比，多峰谐振光纤光栅透射传输谱中出现了更多的谐振峰，而且周期长度越长，出现的谐振峰越多。新出现的损耗谐振峰是由光纤纤芯基模与高阶闪耀包层各次模耦合产生的。不同闪耀阶次和不同包层模式的谐振峰分别具有不同的环境参数灵敏度，而且飞秒激光脉冲制备的多峰谐振光纤光栅拥有更好的耐高温能力与更高的温度灵敏度。因此飞秒激光制备的多峰谐振光纤光栅可以作为高灵敏度传感器被广泛地应用于高温条件下实现多参数同时测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 长周期光纤光栅传统制备方法
• 1.2.1 机械变形法
• 1.2.2 腐蚀刻槽法
• 1.2.3 紫外光掩膜法
• 1.2.4 离子束注入法
• 1.2.5 电弧放电法
• 1.3 飞秒激光制备优势
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 多峰谐振光纤光栅的模式耦合理论
• 2.1 光纤中电磁场传播的 Helmholtz 方程
• 2.2 纤芯导模的矢量解与特征方程
• 2.3 光纤包层模的色散方程
• 2.4 模式耦合系数
• 2.5 长周期光纤光栅模式耦合
• 2.6 多峰谐振光纤光栅模式耦合
• 2.7 多峰谐振光纤光栅谐振波长灵敏度
• 本章小结
• 第3章 飞秒激光制备多峰谐振光纤光栅
• 3.1 飞秒激光制备光纤光栅装置
• 3.2 逐点写入法
• 3.3 光纤预处理
• 3.4 飞秒激光脉冲焦点位置确定
• 3.5 飞秒激光制备光纤光栅结构
• 本章小结
• 第4章 多峰谐振光纤光栅特性研究
• 4.1 多峰谐振光纤光栅与长周期光纤光栅透射传输谱对比
• 4.2 周期长度对透射谱影响
• 4.3 周期数目对透射谱影响
• 4.4 飞秒激光脉冲功率对透射谱影响
• 4.5 多峰谐振光纤光栅温度特性
• 4.6 多峰谐振光纤光栅环境折射率响应特性
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢