高頻CO2激光輔助濕腐蝕法制作波狀LPFG及其應(yīng)用.pdf

1、自從第一根長(zhǎng)周期光纖光柵(簡(jiǎn)稱LPFG)問(wèn)世以來(lái)，就被當(dāng)做光纖濾波器、增益平坦器、起偏器及傳感探頭廣泛應(yīng)用于光纖通信與傳感領(lǐng)域。至今，許多種制作LPFG的方法被發(fā)明出來(lái)，包括紫外曝光法、高頻CO2激光寫制法、飛秒激光寫制法等等。不同的寫制方法制作出來(lái)的LPFG具有各自不同的特性。波狀LPFG(簡(jiǎn)稱CLPFG)，因?yàn)槠渲睆酱笮⊙剌S向周期性改變，當(dāng)對(duì)其施加軸向拉力時(shí)，由于彈光效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生周期性的折射率調(diào)制，通過(guò)改變對(duì)光柵施加的軸向拉力與扭轉(zhuǎn)

2、率，可調(diào)節(jié)諧振峰的大小與諧振波長(zhǎng)的位置。這樣就形成了工作波長(zhǎng)和損耗可調(diào)的帶阻濾波器，其同樣可用于軸向拉力與扭轉(zhuǎn)率的傳感測(cè)量。為了在光纖的表面制作出波狀結(jié)構(gòu)，一般采用先在光纖表面制作周期性涂覆結(jié)構(gòu)，后對(duì)未覆蓋部分進(jìn)行腐蝕的方法。目前，周期性涂覆結(jié)構(gòu)的制作主要有周期性鍍膜法、光刻法、壓印法，這三種方法都存在設(shè)備昂貴、加工過(guò)程復(fù)雜，設(shè)計(jì)不靈活的缺點(diǎn)。另外還有一種方法是在腐蝕后的光纖表面進(jìn)行厚光刻，但其同樣需要光刻過(guò)程，而且光刻膠的厚度過(guò)大(5

3、mm)，不利于應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，我們提出使用高頻CO2激光在光纖的表面進(jìn)行周期性的涂覆層燒蝕的方法制作周期性涂覆結(jié)構(gòu)，而對(duì)光纖不產(chǎn)生損傷，然后對(duì)加工后的光纖使用HF溶液進(jìn)行腐蝕成功制作出波狀LPFG，由于制作的波狀LPFG具有非對(duì)稱性，當(dāng)其受到軸向拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性微彎，這樣大大增強(qiáng)了折射率調(diào)制。成功將這種方法應(yīng)用到制作非均勻波狀LPFG中，并對(duì)這種方法制作的波狀LPFG進(jìn)行了性質(zhì)研究與應(yīng)用，取得了一些創(chuàng)新性研究成果。本文主要研究?jī)?nèi)容

4、及成果有:
　　1.在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)使用高頻CO2激光對(duì)沒(méi)有剝除涂覆層的光纖進(jìn)行周期性的涂覆層燒蝕，然后將處理后的光纖浸沒(méi)在HF酸溶液中，被燒掉涂覆層的部分在HF酸中腐蝕程度較深，在光纖表面形成沿軸向的周期性直徑波狀分布來(lái)制作非對(duì)稱波狀LPFG。這種方法制作波狀LPFG簡(jiǎn)單快捷，設(shè)計(jì)靈活，成本低，折射率調(diào)制效率高。
　　2.利用高頻CO2激光加工的靈活性，在光纖的涂覆層上燒蝕非均勻周期性結(jié)構(gòu)，并使用濕腐蝕法（HF酸溶液）制作非均

5、勻波狀LPFG，在實(shí)驗(yàn)中制作了相移波狀LPFG與線性階躍啁啾波狀LPFG。這大大加強(qiáng)了設(shè)計(jì)波狀LPFG的靈活性，拓展了研究空間與應(yīng)用范圍。
　　3.利用波狀LPFG損耗可調(diào)與FLRDS系統(tǒng)損耗敏感的特性，將高頻CO2激光輔助濕腐蝕法制作的波狀LPFG與FLRDS系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行了軸向拉力的高靈敏度傳感實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)傳感的機(jī)理進(jìn)行了理論分析。同時(shí)提出使用Labview編程技術(shù)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理過(guò)程及使用Labview技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)該傳感系統(tǒng)實(shí)時(shí)