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.pdf

1、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?；诠饫w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

2、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

3、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

4、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