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【OD体育】基于飞秒激光的特种光纤光栅制备技术

本文摘要:光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率再次发生轴向周期性调制而构成的散射光栅,是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具备体积小、熔接损耗小、仅有相容于光纤、能埋智能材料等优点,并且其谐振波长对温度、突发事件、折射率、浓度等外界环境的变化较为脆弱,因此在光纤通信和传感领域获得了普遍的应用于。 随着科学技术的大大发展光纤在通信及传感领域的应用于更加普遍早已渗透到一些类似的环境中。

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光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率再次发生轴向周期性调制而构成的散射光栅,是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具备体积小、熔接损耗小、仅有相容于光纤、能埋智能材料等优点,并且其谐振波长对温度、突发事件、折射率、浓度等外界环境的变化较为脆弱,因此在光纤通信和传感领域获得了普遍的应用于。  随着科学技术的大大发展光纤在通信及传感领域的应用于更加普遍早已渗透到一些类似的环境中。

例如油井下的高温高压、低腐蚀性环境,核电站、宇宙空间等射线环境中,这些环境中,传统的光纤不会在外界环境影响下,导致光纤的永久性受损,传输损耗减少,容许了光纤的用于。  光纤在上述环境中用于,导致光纤受损的原因主要还包括氢元素对光纤纤芯的受损,以及射线对光纤结构的毁坏带给的受损。为了防止上述情况的再次发生,必须对光纤的结构及成分展开尤其处置。

研究指出,氢元素通过与光纤纤芯中的离子再次发生反应,毁坏纤芯的结构,造成传输损耗减少;而射线则是通过传送能量,使纤芯中原子的外层电子再次发生光子,引发光纤性能好转。为了防止以上情况的经常出现,减少其带给的伤害,必须使用类似结构或材料的光纤。

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研究证明,使用包层掺氟,纤芯为显二氧化硅的光纤,需要大大降低氢损和射线的影响。  但是,这终将带给新的问题,即在上述光纤纤芯中制取光纤光栅,用作油井下的高温高压、低生锈环境,核电站、宇宙空间等射线环境下的光纤光栅传感监测中。由于传统的光纤光栅制取方法是基于准分子激光曝光的方法制取光纤光栅,拒绝用于的光纤纤芯具备低的光敏性,必须在光纤纤芯中掺入锗元素和硼元素。

而显二氧化硅纤芯,不具备光敏性,无法使用传统方法制取光纤光栅。    而一种基于飞秒激光的新型的光纤光栅制取技术很好的解决问题了上述问题。用于飞秒激光技术,是利用了飞秒激光瞬时能量低、非热加工、加工精度高等优点,系统结构请求见上图。

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使用800nm的飞秒激光器,经光束整形后,通过显微镜物镜探讨后,聚在一起于光纤纤芯之上。由于无法必要观测焦点方位否坐落于光纤纤芯,必须通过背向CCD,通过观察背向光斑形状,辨别焦点方位。

同时,接通宽带光源和光谱仪,需要动态监测光栅制取过程中,光谱变化,辨别光栅制取情况。  通过飞秒激光技术制取光纤光栅,相对于传统方法,不仅需要在非光敏光纤上制取光栅,如:显二氧化硅光纤、氟化物光纤等,还具备其他优点。首先,飞秒激光制取,不必须用于振幅模板,因此可以挣脱振幅模板的容许,理论上可以制取任何光线波长的光纤光栅,例如在氟化物光纤制取2um、3um光纤光栅;其次,800nm的飞秒激光需要利用光纤的涂覆层(丙烯酸酯、聚酰亚胺等),因此,制栅过程中不必须剥除光纤涂覆层,使制取的光纤光栅强度大大提高。

更加主要的,准分子制取的光纤光栅,无法忍受低温度,当温度低于150度,光纤性能开始发育,而飞秒激光制取的光栅,耐温需要超过1000度,需要用于在高温环境中。  因此,飞秒激光制取光纤光栅技术的经常出现,大大解决问题了光纤光栅传感技术在多种险恶环境中的应用于问题。

应用于油气工程领域,光纤光栅必需不具备抗氢损的性能,很多情况下还必须耐受性300度的高温;而在光纤激光领域,2um、3um光纤激光系统必须使用氟化物光纤光栅;在核电站、宇宙空间等射线环境中,光纤光栅必须忍受很高的射线能量。在这些类似的险恶环境中,飞秒激光制取的光纤光栅需要符合所有的特殊要求,使得光纤光栅传感技术的应用领域大大拓展。


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