太赫兹聚合物光子晶体光纤关键制备工艺研究

针对太赫兹聚合物光子晶体光纤的应用需求,对聚合物光纤的制备材料、预制棒制备、拉伸工艺等关键制备工艺进行了研究.分析了聚合物材料的特性,并进行实验验证,结果表明ZEONEX材料的吸收系数低于3cm~(-1),吸水性低于0.01%,玻璃化转变温度和分解温度分别高达136℃和420℃,在太赫兹光纤制备中具有优良性能.预制棒制备和光纤拉伸的工艺方面,在注塑法的基础上改进了模具系统,使用可控的微压拉丝技术,在10200Pa范围内可实现±1.5Pa的微压差精确控制,较大程度上提高了光纤预制棒的成品率和光纤的形变控制,有望制备出高空气填充率的聚合物光子晶体光纤.     

传像光纤、光纤面板及光锥制造新方法探索

利用高折射率光纤填充微结构预制棒孔洞的方法,制造直径70 mm、长度200 mm的大尺寸传像光纤预制棒,像素数为547.为提高传像元件的像素数,将预制棒先拉伸成直径约为30 mm的二次预制棒,通过切削、并熔后拉伸,得到像素数为3829的传像微结构光纤及其面板和光锥,其理论数值孔径为0.55.经初步测试发现,其传像效果良好.此方法利用微结构光纤技术制造传像光纤、面板和光锥,简单易行,成本低,能有效提高像素数,有望成为规模化制造高分辨率、高质量传像元件的新方法.     

用按需滴定技术制备聚合物微透镜阵列

采用高分子聚合物-单体混合溶液按需滴定-原位热聚合的新方法制作折射微透镜及其阵列.制备透镜的主要材料是甲基丙烯酸甲酯及其聚合物.制备的微透镜直径在1 mm～3 mm范围内,矢高为100 μm～400 μm,透镜焦距在1 mm～4 mm之间.所得微透镜在波长λ=1.55 μm处有很好的光学透过率(90%),适于作光通信耦合器件.用AFM-Ⅱ型原子力显微镜测得微透镜阵列的表面粗糙度Ra约等于0.9 nm,并通过液体的表面张力理论分析了微透镜的形成机理.     

传像光纤、光纤面板及光锥制造新方法探索

利用高折射率光纤填充微结构预制棒孔洞的方法,制造直径70 mm、长度200 mm的大尺寸传像光纤预制棒,像素数为547.为提高传像元件的像素数,将预制棒先拉伸成直径约为30 mm的二次预制棒,通过切削、并熔后拉伸,得到像素数为3829的传像微结构光纤及其面板和光锥,其理论数值孔径为0.55.经初步测试发现,其传像效果良好.此方法利用微结构光纤技术制造传像光纤、面板和光锥,简单易行,成本低,能有效提高像素数,有望成为规模化制造高分辨率、高质量传像元件的新方法.     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响.对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明:(1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内.(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定.(3)随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小.     

二氧化钛修饰的微结构聚合物光纤预制棒制备及其在光催化中应用的探索研究

首次用二氧化钛(TiO₂)纳米材料修饰的547孔微结构聚合物光纤(MPOF)二次预制棒作为阵列化微管式光催化反应器对亚甲基兰的光催化分解进行研究.将高光催化活性的P25型二氧化钛纳米粒子均匀分散在TiO₂溶胶中,对547孔微结构聚合物光纤孔洞内壁进行铺膜,得到了负载光催化剂的阵列化微管材料.该TiO₂MPOF有序复合的阵列化微管不仅对二氧化钛纳米粒子起到负载作用,还可以作为光波导介质(rolling-up薄膜波导,聚光、导光进入二氧化钛薄膜层)、污染物反应流体通道.以有机染料亚甲基兰为模拟污染物,研究了TiO₂负载量、亚甲基兰的初始浓度及溶液pH值等因素对光降解效果的影响.该反应器547个孔道的内表面用于负载光催化剂,不仅增加了固-液接触面积,也提高了光的吸收效率,从而提高了光催化效率.迄今为止,这种兼具导光、聚光、传质、负载功能于一体的光催化反应器还未见报道.     

大尺寸聚合物光纤面板制造新技术的初步研究

利用堆积-热融合工艺,将商用聚甲基丙烯酸甲酯低损耗光纤以六方堆积的方式排列在自行设计的模具中,制备光学聚合物光纤面板预制棒后,对预制棒进行切割、拼接,研究了一种制备超大尺寸光纤面板的新技术.拼接面板样品的厚度2 mm,像素直径500 μm,总像素数 59052, 对大尺寸人或物的像具有很好的传递能力. 利用该技术制备的大尺寸拼接光纤面板,对于液晶拼接屏中拼接缝的清除以及大屏幕的保护具有不可替代的作用.     

全塑料光学生命探测仪关键技术研究

制作了单丝直径为250 μm、像素数为4096、长度为15 m的塑料光纤传像束. 研究表明: 原始图像经过该15 m长的光纤传像束后, 仍有25%保留, 完全可以满足图像目视观察或CCD图像采集的需要. 以此光纤传像束为核心部件, 分别设计、制作了目视式生命探测仪样机, 以及与CCD、图像采集卡、笔记本电脑一体化的智能型光学生命探测仪样机. 最后, 演示了该系统对被困人员搜救的有效性. 此系统不但可用于地震、矿难等场合被埋人员的搜索, 也可用于高压强电磁干扰环境、保密部门、易燃易爆等特殊场合的视频监视.     

三段加热系统对大尺寸MPOF预制棒一步拉伸工艺

采用自行设计的微结构聚合物光纤专用拉丝系统对大尺寸微结构聚合物光纤预制棒的一步拉伸工艺进行了研究.该微结构聚合物光纤加热系统采用三段式梯度加热,可保持炉内温度的控制准确度在±2℃以内.在保持送料速度与牵引速度恒定、协调的条件下,通过对温度场温度梯度控制优化,确定了最佳拉丝温度组合,并得到了直径规格310 μm、标准偏差为±20 μm的较高质量的微结构聚合物光纤.     

聚合物中空环芯光纤中O AM模式传输的几何容差特性研究

基于全矢量有限元法,研究了聚合物中空环芯光纤结构的椭圆、偏芯、直径不均匀等几何形变对光纤中轨道角动量模式性能的影响;此外,还研究了在保持轨道角动量模式稳定传输的条件下,光纤结构所能承受的最大形变.结果表明椭圆和偏芯会引起轨道角动量模式在传输过程中发生奇偶模间的模式走离,导致轨道角动量模式纯度降低,进而导致模式串扰增大;数值计算结果表明,当椭圆度或偏心度小于1%时,模式纯度大于99.02%,串扰小于-20.08dB.光纤的直径不均匀仅对光纤中所能支持的轨道角动量模式数量造成影响,纤芯半径越大,光纤中所能传输的轨道角动量模式越多;直径不均匀度在-3%～10%内的光纤均可支持原有的26个轨道角动量模式.