光纤端面微结构出射光束远场准直关键技术研究

发布时间：2017-03-31 08:26

  本文关键词：光纤端面微结构出射光束远场准直关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，光学系统的微型化、高度集成化已逐渐成为一种新趋势。在光纤端面构建微结构来组成微小光学系统这种技术在国外已被广泛应用于生命科学、医疗器械、工程测量、光纤通信等领域。基于光纤端面微结构的微小光学系统具有体积小等优点，它可以解决一些原有光学系统无法解决的问题，其应用前景非常广阔。 在本课题中，使用光纤端面微结构技术实现出射光束的远场准直，并将这种方法应用到双光纤共球耦合传感器中，，提高传感器的分辨力。围绕这个问题，在本课题中完成了以下几方面研究工作。 (1)研究完成了对光纤端面微轴棱镜、光纤端面菲涅尔圆环、光纤端面环缝结构、GRIN光纤的相关理论研究。应用波动光学和几何光学理论进行了数学推导，得出经过不同端面结构出射光束的表达式。借助仿真，完成了对每种光纤端面微结构出射光束特性的研究，由此分析出光纤端面轴棱镜的优势。 (2)研究完成了针对光纤端面轴棱镜的研磨系统。设计、加工并且组装了一套针对光纤端面微轴棱镜的光纤研磨系统，在光纤端面成功研磨了一个底角为45°的轴棱镜。经过实验测试，该系统可以在光纤端面加工出底角为30°至45°的轴棱镜。 (3)研究完成了针对平端面光纤，光纤端面轴棱镜，GRIN光纤的相关性能测试。实验结果表明：光纤端面轴棱镜将原本由平端面光纤出射的光束远场质心稳定性提高了45倍，同时，将出射光束的发散角从原有的4.1°压缩至原有发散角的11%，即0.47°。研究完成了对不同长度的GRIN光纤的出射光束发散角的实验验证。实验结果表明：GRIN光纤对出射光束的准直作用与其长度关系近似为正弦函数关系，其出射光束的发散角最大为3.2°，最小为1.63°，相比平端面，GRIN光纤可以将从平端面射出的光束的发散角压缩至39%。研究完成了针对光纤端面轴棱镜出射光束的远场光强分布实验。实验结果表明：在距离光纤端面轴棱镜出射端面约30μm-50μm处，光斑光强分布的均匀性极高。 (4)应用本课题中提出的光纤端面轴棱镜，制作了新型双光纤共球耦合传感器，完成了分辨力测试。实验结果表明，新型双光纤共球耦合传感器的分辨力可达20nm，相比之前的30nm提高了33%。
【关键词】：光纤端面微结构 光纤研磨 轴棱镜 GRIN光纤 双光纤耦合
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题背景8-10
• 1.2 光纤端面微结构技术国内外研究现状10-18
• 1.2.1 国内研究现状10-14
• 1.2.2 国外研究现状14-17
• 1.2.3 光纤端面微结构技术方法总结17-18
• 1.3 课题研究内容18-19
• 第2章 光纤端面微结构准直原理及特性研究19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 光纤端面微结构成像原理19-27
• 2.2.1 光纤端面轴棱镜19-22
• 2.2.2 光纤端面菲涅尔圆环22-23
• 2.2.3 光纤端面环缝微结构23-24
• 2.2.4 GRIN 光纤24-27
• 2.3 光纤端面微结构特性理论研究27-35
• 2.3.1 光纤端面轴棱镜28-32
• 2.3.2 光纤端面环缝结构32-34
• 2.3.3 光纤端面菲涅尔圆环34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 光纤端面轴棱镜制作36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 光纤端面轴棱镜加工制作系统设计36-43
• 3.2.1 研磨原理及设计要求36-40
• 3.2.2 裸光纤夹持40-41
• 3.2.3 光纤位置及角度调整41-42
• 3.2.4 在线监视与线下检测42-43
• 3.3 光纤端面轴棱镜的加工制作43-49
• 3.3.1 加工原理43-45
• 3.3.2 制作过程45-49
• 3.3.3 成品检验49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 光纤端面微结构性能测试51-72
• 4.1 引言51-53
• 4.2 光纤端面微结构出射光束远场图像质心稳定性测试53-62
• 4.2.1 实验原理53-56
• 4.2.2 光纤端面轴棱镜56-58
• 4.2.3 GRIN 光纤58-59
• 4.2.4 平端面光纤59-60
• 4.2.5 三种光纤端面微结构出射光束光斑质心稳定性对比60-62
• 4.3 光纤端面微结构出射光束准直效果测试62-69
• 4.3.1 实验原理62-63
• 4.3.2 光纤端面轴棱镜63-65
• 4.3.3 不同长度的 GRIN 光纤65-67
• 4.3.4 平端面光纤67
• 4.3.5 多种光纤端面微结构出射光束发散情况对比分析67-69
• 4.4 光纤端面微轴棱镜出射光束远场光强分布测试69-71
• 4.4.1 实验原理69-70
• 4.4.2 实验结果70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第5章 基于光纤端面轴棱镜的双光纤共球耦合传感器的实验研究72-79
• 5.1 实验原理72-76
• 5.2 实验结果76-78
• 5.3 本章小结78-79
• 结论79-80
• 参考文献80-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果87-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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7 钱关e

本文编号：279293