随着光纤传感技术的发展,光纤传感器因其优良的传感性能,正逐渐出现在生活中的各个角落。侧边抛磨光纤作为一种倏逝场光纤,不仅可以用来制作高灵敏光纤传感器,又能作为倏逝场光学研究平台,制作光纤调制器、光纤开关、光纤耦合器、光纤放大器等光纤器件,具有极大的发展潜力。本文从光纤侧边抛磨装置的设计、研磨工艺的探索及侧边抛磨光纤折射率传感器的研究三个方面入手,对侧边抛磨光纤进行了系统的研究。
首先,在分析了两种成熟的光纤侧边抛磨方法(轮式光纤侧边抛磨、弧形槽光纤侧边抛磨)的优缺点之后,根据实验需求,我们设计出一种新型的光纤侧边抛磨方法,能够抛磨出长度可调、抛磨深度精确可控、表面质量高,性能稳定并且可重复利用的光纤。基于这种方法,分别设计出光纤的固定模块、光纤研磨模块、抛磨状态监测模块等相关模块,最后将其集成组装,并通过校准调试,使装置能够正常工作。
然后,利用设计出的光纤侧边抛磨装置进行抛磨工艺的探究,根据光纤侧边抛磨实验的总体流程,依次探究了光纤的封装工艺,光纤研磨过程中电控平移台的速度、砂纸的粒径对光纤研磨质量的影响。根据不同的光纤样品及不同的抛磨要求,确定了不同的工艺参数及抛磨流程,最后成功研磨各种要求的侧边抛磨光纤样品。
最后,制备出一种新型的侧边抛光纤射率传感器。利用研磨至纤芯的多模光纤为基底,通过气液界面自组装的方法转移上一层六角密堆积的直径为450nm的聚苯乙烯(PS)微球阵列,制备出一种侧面覆盖二维光子晶体的光学结构。这种结构能够通过光纤观察到光子晶体的带隙,并且可以利用光子晶体带隙随孔隙填充物折射率变化的特性进行溶液折射率探测,通过折射率实验测试,证明这种传感器的折射率传感性能,其折射率传感灵敏度达到229.4nm/RIU。
论文结尾对本文工作内容及创新点进行总结,并为后期实验做出了展望。