多芯光纖微結(jié)構(gòu)的制備與器件應(yīng)用.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，普通單模光纖已經(jīng)不能滿足快速增長的傳輸容量和速率的要求，而基于空分復(fù)用結(jié)構(gòu)的多芯光纖可以有效解決傳輸容量的問題，引起了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。同時，基于光纖微結(jié)構(gòu)處理的光學(xué)器件在光纖通信、光學(xué)集成以及光纖傳感領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對此類型器件的開發(fā)和研究同樣具有重要的價值。雖然多芯光纖作為傳輸介質(zhì)已經(jīng)獲得了行業(yè)內(nèi)的深入研究，但其在傳感器件應(yīng)用方面還較為薄弱。利用多芯光纖的空分復(fù)用的特殊結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理，以制作相應(yīng)的光學(xué)器件

2、，可制備高性能的光纖傳感器件，具有巨大的應(yīng)用前景。
　　本論文利用微結(jié)構(gòu)處理的方式設(shè)計并制作了基于通信用弱耦合七芯光纖的光學(xué)器件，主要包括錐形結(jié)構(gòu)與球形端面共同作用的邁克爾遜干涉儀（MI）以及可控偏芯方式實(shí)現(xiàn)的多通道集成的馬赫澤德干涉儀（MZI），并對其相關(guān)特性進(jìn)行了研究。前者利用異質(zhì)七芯光纖的芯間多徑干涉實(shí)現(xiàn)了高性能、高靈敏度的高溫測量。后者利用弱耦合多芯光纖結(jié)構(gòu)的低串?dāng)_特性，結(jié)合相應(yīng)的多芯耦合器，對光纖進(jìn)行可控的偏芯熔接，實(shí)現(xiàn)

3、了一個集成的多通道干涉儀。
　　本論文主要論述了：
　　(1)總結(jié)現(xiàn)有的典型光纖微結(jié)構(gòu)及微加工方式，并討論其在多芯光纖器件中應(yīng)用的可能。其中熔接處理是實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)最簡單的方式，包括對準(zhǔn)熔接和偏芯熔接兩種類型。此外，錐形結(jié)構(gòu)、微腔結(jié)構(gòu)、微通道結(jié)構(gòu)等也是常見的微結(jié)構(gòu)類型。制備微結(jié)構(gòu)時還會用到光纖微加工技術(shù)，主要包括飛秒激光加工技術(shù)、熔融拉錐、化學(xué)腐蝕、研磨拋光等。各微結(jié)構(gòu)及微加工處理方法均能與多芯光纖相結(jié)合，并發(fā)掘相應(yīng)的器件應(yīng)用。

4、
　　(2)提出基于錐形結(jié)構(gòu)的多芯微結(jié)構(gòu)模型并完成實(shí)驗(yàn)制備。利用熔接機(jī)電弧放電拉錐程序可對多芯光纖進(jìn)行熔融拉錐處理，該過程參數(shù)可控，且較為穩(wěn)定。通信用多芯光纖芯間距較大、串?dāng)_小，利用拉錐處理，可在錐區(qū)實(shí)現(xiàn)光場的擴(kuò)散與耦合，以制備相應(yīng)多芯器件。本章設(shè)計了多種結(jié)構(gòu)形式，并完成了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)制備，證明了錐形結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多芯光纖器件上的可行性。
　　(3)提出基于錐形結(jié)構(gòu)與球形端面結(jié)合的邁克爾遜干涉儀?；谇耙徽鹿?jié)提出的單錐反射式結(jié)構(gòu)，

5、在單模光纖末端熔接一段多芯光纖，并在熔接點(diǎn)處拉錐，可將單模光纖中的光耦合到多芯光纖的各個芯中，利用弱耦合光纖的低串?dāng)_特性，實(shí)現(xiàn)芯間多徑干涉。并在多芯光纖尾端引入球形端面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)光場的二次耦合和分配。通過仿真和實(shí)驗(yàn)證明了該方案的可行性，通過光譜分析證明了該結(jié)構(gòu)的干涉原理，并驗(yàn)證了錐形結(jié)構(gòu)與球形端面的作用。
　　(4)利用多芯邁克爾遜干涉儀實(shí)現(xiàn)高靈敏度的高溫測量。上述邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)反射譜消光比達(dá)到25dB，自由光譜范圍達(dá)到166

6、.34nm（L=1cm）。因此該結(jié)構(gòu)可以在無光譜重疊的情況下，實(shí)現(xiàn)大范圍的測量，且光譜具有尖銳的低谷，利于數(shù)據(jù)的讀取。通過實(shí)驗(yàn)測量50℃-900℃范圍內(nèi)該結(jié)構(gòu)的反射譜線，分析得出其高溫靈敏度達(dá)到165pm/℃，且具有較好的重復(fù)性。由于高靈敏度、高消光比、寬的探測范圍和簡單的制備過程，該傳感器具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　(5)提出基于可控偏芯熔接的多通道馬赫澤德干涉儀結(jié)構(gòu)。本章利用多芯光纖空分復(fù)用的特點(diǎn)，在弱耦合多芯光纖兩端連接相應(yīng)多