高頻CO2激光輔助濕腐蝕法制作波狀LPFG及其應(yīng)用.pdf

1、自從第一根長周期光纖光柵(簡稱LPFG)問世以來，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，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的LPFG具有各自不同的特性。波狀LPFG(簡稱CLPFG)，因為其直徑大小沿軸向周期性改變，當(dāng)對其施加軸向拉力時，由于彈光效應(yīng)，會產(chǎn)生周期性的折射率調(diào)制，通過改變對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的位置。這樣就形成了工作波長和損耗可調(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、加工過程復(fù)雜，設(shè)計不靈活的缺點。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程，而且光刻膠的厚度過大(5

3、mm)，不利于應(yīng)用。針對以上問題，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)，而對光纖不產(chǎn)生損傷，然后對加工后的光纖使用HF溶液進(jìn)行腐蝕成功制作出波狀LPFG，由于制作的波狀LPFG具有非對稱性，當(dāng)其受到軸向拉力時會產(chǎn)生周期性微彎，這樣大大增強了折射率調(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。本文主要研究內(nèi)容

4、及成果有:
　　1.在實驗上實現(xiàn)使用高頻CO2激光對沒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制作非對稱波狀LPFG。這種方法制作波狀LPFG簡單快捷，設(shè)計靈活，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，在實驗中制作了相移波狀LPFG與線性階躍啁啾波狀LPFG。這大大加強了設(shè)計波狀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驗研究，對傳感的機理進(jìn)行了理論分析。同時提出使用Labview編程技術(shù)簡化數(shù)據(jù)處理過程及使用Labview技術(shù)實現(xiàn)對該傳感系統(tǒng)實時