微纳光纤的制作与传感性能研究

发布时间：2020-03-19 05:31

【摘要】：在过去的几十年里,光纤技术在传感、通信、生物、医学、航天航空等领域都得到了非常广泛的应用。随着制作工艺与理论技术的不断进步,光纤也向着微型化发展。光纤微纳化是实现光学器件小型化的重要步骤。相较于普通光纤,微纳光纤在结构尺寸、传输损耗、光场约束能力、倏逝场强等方面具有显著优势,尤其在传感领域,具有尺寸小,灵敏度高等优点。为此,开展微纳光纤的研究具有重要理论意义和应用价值。本文主要研究内容为:对微纳光纤结构特点、光波导特性以及传输损耗的理论进行了研究。自主设计了六维微纳光纤熔融拉锥平台,并利用该平台进行了微纳光纤的制备(制备的微纳光纤尺寸约为5-60μm),研究了制备的微纳光纤的光学特性。研究表明:微纳光纤与普通光纤相比,传输特性发生了很大的改变,倏逝场强大大的提高,具备普通光纤没有的微光传感特性,弯曲更敏感,耦合性也变好。此外,利用微纳光纤研究了微纳光纤传感特性:制备了以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底的微纳光纤传感器,研究表明,以PDMS为基底的微纳光纤传感器具有更强的倏逝场,更好的传感性能;制备了微纳光纤微光传感器,研究表明,微纳光纤微光传感器对于微光具有非常好的传感性能;制备了微纳光纤弯曲传感器,研究表明,微纳光纤弯曲传感去对弯曲更加敏感,敏感度随着弯曲曲率的增大而增大。利用RSOFT软件对微纳光纤传感器进行了仿真模拟,模拟结果表明,这些传感器的理论数据与实验结果吻合比较好,为进一步的实际应用提供了理论和实验支撑。进一步地,利用微纳光纤制备了 2X2光纤耦合器,研究了微纳光纤耦合的特性,根据理论和实验研究掌握了光纤耦合器的制备工艺和理论。本课题的特色在于:自主设计了六维微纳光纤熔融拉锥平台,使用熔融拉锥法制备了 一些微纳光纤。用制备好的微纳光纤设计了三种微纳光纤传感器(以PDMS为基底的微纳光纤传感器、微纳光纤微光传感器以及微纳光纤弯曲传感器)和一种2×2微纳光纤定向耦合器,运用理论仿真对实验现象进行了分析。本论文的研究对微纳光纤传感器应用具有一定的借鉴意义。
【图文】：

，、、导等）、圆柱形光波导（二层圆柱形光波导及多层圆柱形光波导）等［４（于平板形光波导和圆柱形光波导，其他类型的光波导应用较少，因此本板形光波导以及圆形光波导进行介绍。逡逑１）平板型光波导（Ｐｌａｎａｒ邋Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ，邋ＰＬＣ），它是各种继承光的基础，在横截面的一个方向限制光波传播，其形状就像是一块电路板。波导主要应用于分路器技术，也可以用于设计耦合器、半导体激光器、光传输器件。逡逑平板型波导的结构一般由三层介质构成，中间的导波层的厚度一般为米，折射率为巧，底层介质称为衬底，其折射率为顶层介质称为覆折射率为ｎ２，衬底和覆盖层统称为平面波导的包层，如下图２－１所示，的折射率需满足巧＞邋ｎ２、ｎａ。逡逑Ｘ

普通光纤的结构十分简单，可以分为纤芯（ｃｏｒｅ）、包层（ｃｏａｔｉｎｇ）和涂覆逡逑层（ｊａｃｋｅｔ）三部分。其中纤芯的折射率相对较高，主要用于传输光；包层的折逡逑射率相对较低，包层和纤芯之间的折射率差异保证了光在纤芯内传播时的全反射逡逑条件，使得光的大部分能量被约束在纤芯中；而涂覆层的作用在于保护光纤，它逡逑的强度比较大，能承受较大的冲击力。不同类型的光纤在纤芯和包层的尺寸上差逡逑别很大，，甚至在同一个光纤中，纤芯和包层的界面也可能是阶跃的或者是渐变的，逡逑即折射率的突变或渐变。标准的单模光纤的纤芯直径为８－１０卜ｕｎ邋（标准的多模光逡逑纤的纤芯直径为５０－６２．５ｎｍ），包层直径是１２５ｐｍ邋（—根头发丝的平均直径为逡逑１００网），（塑料）涂覆层的直径约为２５０｜ｉｍ。逡逑普通光纤的结构如下图２－２所示（取标准的单模光纤为例）：逡逑
【学位授予单位】：浙江工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;TP212

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本文编号：2589781