功能聚合物光纖器件研究.pdf

1、光纖器件經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，種類越來(lái)越多，已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)特的門(mén)類，被廣泛應(yīng)用在光纖通信領(lǐng)域和傳感領(lǐng)域。隨著社會(huì)的發(fā)展，信息需求的增長(zhǎng)對(duì)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(xué)性質(zhì)優(yōu)異、成本低等優(yōu)點(diǎn)，還由于特殊的結(jié)構(gòu)和多功能的側(cè)鏈，使得它在集成光學(xué)、非線性光學(xué)、可調(diào)激光器、傳感器等領(lǐng)域都顯示出誘人的前景。因此基于有機(jī)聚合物光學(xué)材料的光纖功能器件研究，近年來(lái)一直受到人們的極大關(guān)注。本論文以有機(jī)聚合物光纖功能器件為

2、研究對(duì)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(fù)合光纖幅度/偏振調(diào)制器和聚合物光纖光柵的特性。具體內(nèi)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(zhǎng)處存在強(qiáng)烈吸收，而在613nm處的熒光發(fā)射峰

3、最強(qiáng)。通過(guò)對(duì)銪離子摻雜的光纖放大特性進(jìn)行理論模擬，結(jié)果顯示液芯光纖放大器的最佳增益長(zhǎng)度比石英光纖放大器的長(zhǎng)度小了近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這個(gè)結(jié)論為制作稀土摻雜的液芯光纖放大器提供了理論依據(jù)。從理論上分析稀土摻雜濃度，光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)，稀土材料特性對(duì)稀土摻雜的液芯光纖的放大性能的影響，為設(shè)計(jì)和制作高性能的液芯光纖放大器提供指導(dǎo)。隨后我們對(duì)制作的液芯光纖的光放大特性進(jìn)行了測(cè)試，當(dāng)摻雜濃度為0.8wt.％，泵浦功率為203mW時(shí)，Eu(TTA)3Phen摻

4、雜的液芯光纖在長(zhǎng)度為8.1cm處對(duì)613nm的信號(hào)光實(shí)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(fù)合光纖。理論分析了光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)及聚合物涂覆層材料特性對(duì)復(fù)合光纖傳輸特性的影響，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合適的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)，并提出對(duì)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(guò)外部光照實(shí)現(xiàn)了對(duì)

5、光纖和偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了調(diào)制可逆，且重復(fù)性良好。含POSS的偶氮苯聚合物-石英復(fù)合光纖在435nm的0°偏振光照下相位變化達(dá)到了360°，可實(shí)現(xiàn)極大范圍的偏振調(diào)制。利用這種偶氮苯聚合物-石英復(fù)合光纖構(gòu)造新型的全光纖器件和多功能光纖器件為研究開(kāi)發(fā)提供了一種新的有效途徑。
　　 采用改進(jìn)的基于Sagnec干涉技術(shù)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(xiě)B(tài)ragg光柵。利用耦合模理論對(duì)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(yīng)變響應(yīng)特性和溫度響應(yīng)特性進(jìn)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(yīng)系數(shù)和應(yīng)變響應(yīng)系數(shù)，少模聚合物光纖Bragg光柵各階模式具有相似的應(yīng)變響應(yīng)特性，但是不同的溫度響應(yīng)特性。在此基礎(chǔ)上提出了利用單根少模聚合物光纖Bragg光柵的不同模式實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變效應(yīng)同時(shí)傳感的方法。

7、最后利用實(shí)際制作的纖芯摻雜BDK光敏材料的少模光纖Bragg光柵進(jìn)行了應(yīng)變與溫度雙參量同時(shí)傳感的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的光柵各階模式的溫度靈敏度分別為-98pm/℃、-103pm/℃、-105pm/℃和-111pm/℃，應(yīng)變靈敏度分別為1.193pm/με、1.189pm/με、1.186pm/με和1.163pm/με。并且根據(jù)理論分析的結(jié)果，通過(guò)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(jìn)一步