基于飞秒激光直写的高折射率光纤光栅传感器

该文提出了一种基于飞秒激光直写的高灵敏度光纤光栅折射率传感器,同时测量了传感器的温度及轴向应变特性。采用波长为800 nm的飞秒激光刻写了周期为150μm,周期数为50,栅区长度为7.5 mm的长周期光栅。该传感器在折射率测量实验中的灵敏度最高可达1 605 nm/RIU,在30～330℃,温度灵敏度达到76.52 nm/℃,传感器的稳定性良好且对应变不敏感,鲁棒性优良。这种基于飞秒激光直写的长周期光纤光栅,其折射率灵敏度较高,耐高温,具有广泛的应用前景。     

随机折射率调制光纤光栅中的模式耦合分析

对随机折射率调制的光纤光栅进行了理论建模,将随机光纤光栅看作是长、短周期均匀光纤光栅的随机线性组合.分别利用传输矩阵法和光束传播法计算了随机间距均值为20μm的随机光栅的反射和透射特性,证实了随机光栅中同时具有前后向纤芯基模的耦合以及纤芯基模与包层模式之间的耦合,验证了所提出的线性组合的理论模型.文中还进行了随机光栅的实验研究,采用飞秒激光器在1 cm的单模光纤中写入了具有500个随机间距在10~20μm的折射率调制点的随机光栅,并测量了该随机光栅的反射和透射光谱.实验结果进一步验证了理论模型的准确性.     

飞秒激光对光纤布拉格光栅的曝光实验研究

采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验,重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下,脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现,激光单点照射栅区任意位置时,照射过程中的光谱有较大红移,且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰;然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加,随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型,激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上,理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化,与实验结果非常吻合。     

飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

飞秒脉冲写入光纤布拉格光栅

加拿大渥太华通信研究中心的科学家使用钛宝石激光器的800m飞秒脉冲,提供了一种写入布拉格光栅的可替代方法。该小组领导人Stephen J．Mihailov认为其优点是在光纤中仅几个脉冲就能产生非常高的折射率调制。该方法不需其他工序,就能减少制作商业光纤布拉格光栅几个步骤。在高温     

光纤光栅的不同折射率调制及其实现方法

本文研究光纤光栅的不同折射率分布及其光谱特性和应用 ;利用模式耦合方程求解几种典型的折射率调制光纤光栅的光谱特性 ;研究了光纤光栅不同折射率调制的实现方法 ,并设计研制了实现变迹曝光法的扫描装置。     

基于飞秒激光制备的光纤Fabry-Perot折射率传感器

在对光纤Fabry-Perot(F-P)传感器多光束干 涉原理仿真分析的基础上,利用波长为800nm的飞秒 激光脉冲在普通单模光纤(SMF)上制备微型传感器,并对其折射率响应性能进行了实验测试 。理论分析表明,在低、高折射率区域,F-P传感器的反射谱对比度随着折射率的增加分别 呈现先降低后增加的趋势(折射率高低分界点1．457)。飞秒激光 的制备方法通过计算机控制腔长等可以进行参数可选择的微型光纤F-P传感器的制作。利用 制备的传感器对一系列不同折 射率的溶液进行了折射率响应测试实验,测试结果表明,传感器反射谱对比度对低折射率物 质(折射率小于 1.457)的灵敏度为27.65dB/RI,对高折射 率 物质(折射率大于1.457)的灵敏度为3.50dB /RI,且均具有良好的线性响应。     

基于飞秒激光的石英刻蚀参数探讨

主要从实验角度研究了在波长 780 nm飞秒激光作用下石英的烧蚀, 给出了石英烧蚀孔径与能量的关系, 计算出石英的烧蚀阈值为 1.06 J/cm2。并研究了光阑对孔径的影响, 能量、扫描速度、扫描次数与微槽宽度和微槽深度的关系。     

高重复频率飞秒激光烧蚀熔融石英制作单偏振微结构波导

利用中心波长为1040nm、脉宽为190fs、重复频率在200～5000kHz之间可调的飞秒激光对熔融石英进行微加工。研究了烧蚀阈值随脉冲重复频率、扫描速度的变化规律,阐明不同参数下热扩散效应及热累积效应对烧蚀过程的主导作用。在最优化条件下,制作了双线波导,可以对1040nm激光实现圆形基模传输。进一步制作了椭圆晶胞的六角微结构波导,对1040nm激光可以输出近高斯强度分布的基模,模场面积达到247.48μm2。该微结构波导可实现单偏振传输,消光比达9.05,波导数值孔径约0.017。     

纳秒激光加工石英微通道的实验与理论研究

利用调Q Nd…YAG激光器输出的1064nm纳秒脉冲激光聚焦在石英上,分别采用激光热加工法和激光诱导等离子体法加工微通道。热加工的通道长度可控,通道周围产生热裂纹;诱导等离子体加工的微通道内壁光滑,通道深度可达4mm。研究了激光热加工微通道时的温度场和热应力分布,分析了激光诱导等离子体加工微通道的过程。研究表明,激光热加工时温度场的存在导致热应力的产生,热应力超过石英断裂阈值使石英发生炸裂,导致微通道的形成及热裂纹的产生;激光诱导等离子体法由于等离子体屏蔽效应产生的高温等离子体烧蚀石英形成微通道,避免了热裂纹的产生。     

飞秒激光双光子复杂结构的微细加工

阐述了双光子激发的原理和飞秒激光三维加工的技术特点。利用自行研制的飞秒双光子微细加工系统，在优化工艺参数的基础上，加工出一系列三维微结构，并实现了可动的三维微系统一齿轮轴系统的一次成型。     

感应耦合等离子体技术用于熔融石英表面凹凸光栅的刻蚀

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术是一种新的干法刻蚀技术,具有刻蚀速率高和各向异性刻蚀等优点,并且能够独立控制等离子体密度和自偏置电压。然而,在利用这种技术进行刻蚀的过程中,经常会发生聚合物的沉积,从而阻碍了刻蚀过程的继续。我们报道了在熔融石英表面刻蚀光栅时不产生聚合物沉积的技术,给出了优化参数。所制作的熔融石英普通光栅和600线／mm的高密度光栅的表面很干净,没有聚合物沉积。光栅衍射效率的实际测量值和预期的理论值吻合得很好。最后还研究了ICP技术的刻蚀速度,刻蚀均匀性和过程可重复性等参数。     

飞秒激光加工微光学元件的研究

利用低功率飞秒激光振荡器进行材料表面加工的研究并将其应用于微光学元件的加工制作领域;对飞秒激光倍频光以及飞秒激光与光刻胶材料相互作用进行了实验;以光刻胶作为牺牲层进行表面加工获得了各种玻璃光栅及光掩模板;利用光学显微镜和原子力显微镜(AFM)对实验结果进行检测,得到微米量级的特征线宽;所得光栅的光学性能通过He-Ne激光器进行检测,实验结果与理论值一致。该研究为微光学元件的加工制作提供了新的方法。     

飞秒激光双光子微细结构的制备

基于双光子吸收引发的光聚合局限在紧密聚焦的焦点区域的原理,建立了飞秒激光三维微细加工系统;结合高斯光束的强度分布函数,推导了横向与轴向分辨率的表达式。在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.7μm。研究表明,加工线宽随功率增加而增加,随加工速度增加而减小;确定了波束腰为0.425μm,双光子吸收截面为2×10-54cm4.s。采用双光子光聚合技术,加工了齿宽5μm的实体微型齿轮,制备三维木堆型光子晶体结构,分辨率为1.1μm,杆间距和层间距均为5μm,实现了飞秒双光子光子晶体结构的制备。     

飞秒激光啁啾脉冲放大中压缩光栅的等离子体清洗

在飞秒太瓦激光装置中,高效率的压缩光栅是获得高峰值功率飞秒激光输出的最重要光学元件之一。虽然光栅安装在无油的真空室内,但当光栅受到强激光的辐照时,真空中残存的气态有机物会被碳化并沉积在光栅表面,使得光栅受到"污染",衍射效率大大降低。激光辐照累积的热量会导致光栅结构发生变化,甚至会造成光栅的永久损伤。为此发展了用等离子体来清洗光栅表面污染层的方法,实验结果表明该方法非常有效地清洗了光栅表面的污染,提高了衍射效率并避免了光栅的损伤。该方法简单,易于操作,可以安装在压缩光栅真空室上,在不影响真空室里面的光学元件情况下可以实现实时清洗。