基于二次曝光法的切趾2mm短栅距光纤布拉格光栅制作研究

研究了基于二次曝光法的2 mm短栅距型光纤布拉格光栅(FBG)的制作及切趾函数参数控制.针对所选取的3种切趾函数,在耦合模理论基础上,利用传输矩阵法进行了FBG光学特性仿真分析,给出了最佳切趾参数下的光栅反射谱.FBG制作实验结果表明,所选取的不同切趾型短栅距FBG性能较好满足传感用性能要求,为高反射率、较窄带宽、高边模抑制比的短栅距型FBG的制作研究提供了有益的参考.     

基于狭缝整形的低损耗飞秒光纤光栅制备

为了解决飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings, FBG）损耗较高的问题,利用逐面法完成飞秒光纤光栅制备的实验研究。运用高斯光束传播的基本理论,通过狭缝整形技术对聚焦的飞秒激光能量分布进行等高宽整形,突破在光纤横截面内诱导产生圆形折射率调制的难点,最终制备得到低损耗的飞秒光纤光栅。开展不同狭缝宽度制备FBG的光谱特性对比实验,结果表明：利用光斑直径为5.0 mm的飞秒激光光束刻写FBG时,采用宽度为1.7 mm的狭缝制备得到的FBG插入损耗降低至0.15 dB,短波损耗降低至0.5 dB,验证了基于狭缝整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法的有效性。针对狭缝法制备的FBG反射率分散问题,提出控制折射率匹配液填充量以及调整飞秒激光能量的方法,并优化光束聚焦流程,成功降低FBG反射率的分散度。本研究对推动飞秒光纤光栅在大容量、高链路损耗等环境中的实际应用具有重要意义。     

飞秒光纤光栅高温测量方法研究

为了实现高温环境下温度的准确测量,利用飞秒激光制备的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Gratings, FBG）杰出的热稳定性,提出一种基于飞秒光纤光栅的高温测量方法。利用光纤热光系数、热膨胀系数与温度之间的依赖关系,建立了FBG中心波长?温度模型;由于该模型不存在解析解,利用单点中心波长?温度特解和四次多项式拟合温度?中心波长工作曲线。基于该工作曲线和预退火（1 000 ℃, 20 h）FBG在常温至900 ℃范围内进行温度测量实验,结果表明最大测量偏差不超过±2 ℃。本方法仅需标定单点中心波长?温度即可实现宽温度范围内的温度准确测量,简洁有效,在航空航天、核电冶金等领域中具有重要的研究和应用价值。     

倾斜切趾光纤光栅的理论与实验研究

针对飞秒激光刻写均匀光纤布拉格光栅的反射主峰存在较高旁瓣,容易对主峰形成串扰的问题,开展基于倾斜切趾光纤光栅的理论与实验研究。根据飞秒激光诱导产生的折射率特点,修正耦合模模型中的交流耦合系数,并利用有限元仿真的形式,验证了倾斜切趾法的切趾类型为高斯型。之后对影响切趾效果的关键参数进行实验研究,结果表明：实验结果与仿真计算基本一致;初始横向位移为5~10 μm,且不对称偏移量小于±2 μm时,边模抑制比可提高到15 dB。研究成果为提高光纤光栅边模抑制比提供了重要理论支撑与实践指导,对于推动光纤光栅制备工艺技术发展具有重要意义。     

基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备

针对飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（FBG）损耗较大的问题,提出了一种基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法。首先分析了孔径光阑限制下聚焦高斯光束焦场的能量分布,利用小孔径光阑整形获得了丝状焦场的孔径条件。利用小孔径光阑整形的飞秒激光刻写装置制备FBG,在光阑孔径由10 mm逐步降低至1 mm的过程中,光栅条纹形态由圆形过渡到丝状,丝状光栅条纹对入射光的散射更弱、耦合效率更高,使插入损耗由0.90 dB降低至0.11 dB,短波损耗由4.01 dB降低至0.35 dB。受包层模与纤芯模耦合的影响,短波损耗以振荡形式存在,实验验证了涂覆层和低反射率对振荡的抑制作用。