多芯光纖微結構的制備與器件應用.pdf

1、隨著網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，普通單模光纖已經(jīng)不能滿足快速增長的傳輸容量和速率的要求，而基于空分復用結構的多芯光纖可以有效解決傳輸容量的問題，引起了行業(yè)內(nèi)的廣泛關注。同時，基于光纖微結構處理的光學器件在光纖通信、光學集成以及光纖傳感領域應用廣泛，對此類型器件的開發(fā)和研究同樣具有重要的價值。雖然多芯光纖作為傳輸介質(zhì)已經(jīng)獲得了行業(yè)內(nèi)的深入研究，但其在傳感器件應用方面還較為薄弱。利用多芯光纖的空分復用的特殊結構，對其進行微結構處理，以制作相應的光學器件

2、，可制備高性能的光纖傳感器件，具有巨大的應用前景。
　　本論文利用微結構處理的方式設計并制作了基于通信用弱耦合七芯光纖的光學器件，主要包括錐形結構與球形端面共同作用的邁克爾遜干涉儀（MI）以及可控偏芯方式實現(xiàn)的多通道集成的馬赫澤德干涉儀（MZI），并對其相關特性進行了研究。前者利用異質(zhì)七芯光纖的芯間多徑干涉實現(xiàn)了高性能、高靈敏度的高溫測量。后者利用弱耦合多芯光纖結構的低串擾特性，結合相應的多芯耦合器，對光纖進行可控的偏芯熔接，實現(xiàn)

3、了一個集成的多通道干涉儀。
　　本論文主要論述了：
　　(1)總結現(xiàn)有的典型光纖微結構及微加工方式，并討論其在多芯光纖器件中應用的可能。其中熔接處理是實現(xiàn)微結構最簡單的方式，包括對準熔接和偏芯熔接兩種類型。此外，錐形結構、微腔結構、微通道結構等也是常見的微結構類型。制備微結構時還會用到光纖微加工技術，主要包括飛秒激光加工技術、熔融拉錐、化學腐蝕、研磨拋光等。各微結構及微加工處理方法均能與多芯光纖相結合，并發(fā)掘相應的器件應用。

4、
　　(2)提出基于錐形結構的多芯微結構模型并完成實驗制備。利用熔接機電弧放電拉錐程序可對多芯光纖進行熔融拉錐處理，該過程參數(shù)可控，且較為穩(wěn)定。通信用多芯光纖芯間距較大、串擾小，利用拉錐處理，可在錐區(qū)實現(xiàn)光場的擴散與耦合，以制備相應多芯器件。本章設計了多種結構形式，并完成了相應的實驗制備，證明了錐形結構應用于多芯光纖器件上的可行性。
　　(3)提出基于錐形結構與球形端面結合的邁克爾遜干涉儀。基于前一章節(jié)提出的單錐反射式結構，

5、在單模光纖末端熔接一段多芯光纖，并在熔接點處拉錐，可將單模光纖中的光耦合到多芯光纖的各個芯中，利用弱耦合光纖的低串擾特性，實現(xiàn)芯間多徑干涉。并在多芯光纖尾端引入球形端面結構，實現(xiàn)光場的二次耦合和分配。通過仿真和實驗證明了該方案的可行性，通過光譜分析證明了該結構的干涉原理，并驗證了錐形結構與球形端面的作用。
　　(4)利用多芯邁克爾遜干涉儀實現(xiàn)高靈敏度的高溫測量。上述邁克爾遜干涉儀結構反射譜消光比達到25dB，自由光譜范圍達到166

6、.34nm（L=1cm）。因此該結構可以在無光譜重疊的情況下，實現(xiàn)大范圍的測量，且光譜具有尖銳的低谷，利于數(shù)據(jù)的讀取。通過實驗測量50℃-900℃范圍內(nèi)該結構的反射譜線，分析得出其高溫靈敏度達到165pm/℃，且具有較好的重復性。由于高靈敏度、高消光比、寬的探測范圍和簡單的制備過程，該傳感器具有廣泛的應用前景。
　　(5)提出基于可控偏芯熔接的多通道馬赫澤德干涉儀結構。本章利用多芯光纖空分復用的特點，在弱耦合多芯光纖兩端連接相應多