功能聚合物光纖器件研究.pdf

1、光纖器件經過幾十年的發(fā)展，種類越來越多，已經成為一個獨特的門類，被廣泛應用在光纖通信領域和傳感領域。隨著社會的發(fā)展，信息需求的增長對光纖器件的功能和性能都提出了更高的要求。聚合物材料具有易加工成型、光學性質優(yōu)異、成本低等優(yōu)點，還由于特殊的結構和多功能的側鏈，使得它在集成光學、非線性光學、可調激光器、傳感器等領域都顯示出誘人的前景。因此基于有機聚合物光學材料的光纖功能器件研究，近年來一直受到人們的極大關注。本論文以有機聚合物光纖功能器件為

2、研究對象，從材料特性出發(fā)，系統(tǒng)研究了纖芯摻雜稀土聚合物的光纖光放大器、偶氮苯石英復合光纖幅度/偏振調制器和聚合物光纖光柵的特性。具體內容如下:
　　 使用向空芯石英光纖中灌入稀土摻雜溶液的方法制備了摻雜Eu(TTA)3Phen的液芯光纖，并且研究了Eu(TTA)3Phen摻雜的溶液和光纖的吸收光譜和發(fā)射光譜。得到螯合物Eu(TTA)3Phen的熒光壽命為0.543ms，在355nm波長處存在強烈吸收，而在613nm處的熒光發(fā)射峰

3、最強。通過對銪離子摻雜的光纖放大特性進行理論模擬，結果顯示液芯光纖放大器的最佳增益長度比石英光纖放大器的長度小了近兩個數(shù)量級，這個結論為制作稀土摻雜的液芯光纖放大器提供了理論依據。從理論上分析稀土摻雜濃度，光纖結構參數(shù)，稀土材料特性對稀土摻雜的液芯光纖的放大性能的影響，為設計和制作高性能的液芯光纖放大器提供指導。隨后我們對制作的液芯光纖的光放大特性進行了測試，當摻雜濃度為0.8wt.％，泵浦功率為203mW時，Eu(TTA)3Phen摻

4、雜的液芯光纖在長度為8.1cm處對613nm的信號光實現(xiàn)了8.2dB的增益。
　　 制作了偶氮苯聚合物作為包層，腐蝕后的石英作為纖芯的復合光纖。理論分析了光纖結構參數(shù)及聚合物涂覆層材料特性對復合光纖傳輸特性的影響，在此基礎上設計合適的光纖結構參數(shù)，并提出對聚合物材料特性的要求。分別引入氟代偶氮苯聚合物和含聚倍半硅氧烷(POSS)偶氮苯聚合物作為石英光纖涂覆層，基于偶氮苯聚合物的光致折射率變化和光致雙折射特性，通過外部光照實現(xiàn)了對

5、光纖和偏振態(tài)的動態(tài)調制。實驗結果證明了調制可逆，且重復性良好。含POSS的偶氮苯聚合物-石英復合光纖在435nm的0°偏振光照下相位變化達到了360°，可實現(xiàn)極大范圍的偏振調制。利用這種偶氮苯聚合物-石英復合光纖構造新型的全光纖器件和多功能光纖器件為研究開發(fā)提供了一種新的有效途徑。
　　 采用改進的基于Sagnec干涉技術的方法在纖芯摻雜光敏材料安息香二甲醚(BDK)的少模聚合物光纖上刻寫B(tài)ragg光柵。利用耦合模理論對少模聚合

6、物光纖的傳輸模式以及少模聚合物光纖Bragg光柵各階模式的應變響應特性和溫度響應特性進行了分析。由于石英光纖纖芯和包層材料的熱光系數(shù)幾乎相同，聚合物光纖纖芯和包層材料熱光系數(shù)相差較大，少模石英光纖Bragg光柵各階模式具有幾乎相同的溫度響應系數(shù)和應變響應系數(shù)，少模聚合物光纖Bragg光柵各階模式具有相似的應變響應特性，但是不同的溫度響應特性。在此基礎上提出了利用單根少模聚合物光纖Bragg光柵的不同模式實現(xiàn)溫度和應變效應同時傳感的方法。

7、最后利用實際制作的纖芯摻雜BDK光敏材料的少模光纖Bragg光柵進行了應變與溫度雙參量同時傳感的實驗驗證。實驗測得的光柵各階模式的溫度靈敏度分別為-98pm/℃、-103pm/℃、-105pm/℃和-111pm/℃，應變靈敏度分別為1.193pm/με、1.189pm/με、1.186pm/με和1.163pm/με。并且根據理論分析的結果，通過制作纖芯和包層材料的熱光系數(shù)差別很大的少模光纖Bragg光柵，該多參量傳感器的性能可以進一步