塑料光纤灯笼制作方法研究

摘要

宇宙线探测技术的研究能够让人们深入探索宇宙奥秘，而由于高能宇宙线粒子流量小，同时，空间探测器的有效面积也较小，因此只能采取地面方式间接观测。在地面探测技术中，水切伦科夫探测结合了大气切伦科夫望远镜的低能阈值和地面粒子探测器阵列的大视场、高工作周期等优点，已广泛应用在宇宙线探测领域。近年来，人们发现塑料闪烁光纤是用于宇宙射线探测的良好灵敏器件，但是塑料闪烁光纤的衰减较为严重。如果能够把衰减严重的多根塑料闪烁光纤中传输的光收集到一起，再由衰减可忽略不计的白光纤进行光束的长距离传输，将该方法应用于水切伦科夫探测器中，可实现对宇宙线的高效探测。本文提出一种塑料光纤灯笼，把多根塑料光纤插入低折射率塑料套管中，再将塑料光纤束进行熔融拉锥，拉锥后的塑料光纤灯笼一端为单根，另一端为多根，可实现由多根塑料光纤到一根塑料光纤的光耦合。
　　本文从光线传输理论以及锥形光纤和熔融拉锥型光纤中的光模式耦合等原理进行分析，给出了光在拉锥型光纤中的传输与锥角和长度的关系。利用LightTools软件对塑料光纤和塑料光纤灯笼进行了仿真分析，设置了不同锥度和长度的单根塑料光纤和不同根数的塑料光纤灯笼作为对比，分析得拉锥区的锥度尽量不要小于0.2，否则出射光的衰减较严重，锥区长度从1cm到4cm的变化影响不是很大，以上结果是后续实验的理论依据。
　　在理论分析的基础上，进行了实验验证。利用氢氧焰拉锥装置对塑料光纤以及塑料光纤灯笼进行了拉锥实验，实验成败关键在于控制火焰温度和加热时间。在塑料光纤灯笼的拉制过程中，要注意对塑料光纤束进行匀速的转动，保证每个面的均匀受热。实验做了两种规格的塑料光纤灯笼（4根和7根），锥区长度均为4cm左右，腰细分别为1.5mm（4根）和1.8mm（7根）左右。对拉锥后的塑料光纤和塑料光纤灯笼进行了功率传输效率的测试以及输出光场的测试实验，所制作的塑料光纤灯笼对比相同长度未拉锥的光纤束传光效率可达到83.5％。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景

1．2塑料光纤及其应用

1．2．1塑料光纤简介

1．2．2塑料光纤的拉锥及其应用

1．3光纤灯笼及其制作方法

1．3．1石英光纤灯笼制作方法

1．3．2塑料光纤灯笼研究现状

1．4本文的研究意义及内容安排

第2章塑料光纤灯笼的传输耦合理论

2．1光纤中光的传播

2．1．1子午光线在均匀光纤中的传播

2．1．2偏斜光线的传播

2．1．3光在塑料光纤中的传播

2．2锥形光纤的光线传输分析

2．3熔融拉锥光纤之间的耦合

2．4本章小结

第3章塑料光纤灯笼的仿真分析

3．1单根塑料光纤的对比仿真

3．1．1单根塑料光纤的仿真分析

3．1．2单根锥形塑料光纤的仿真分析

3．2塑料光纤束的对比仿真

3．2．1塑料光纤束的仿真分析

3．2．2拉锥型塑料光纤束的仿真分析

3．3不同塑料光纤数量的光纤束对比仿真

3．3．1塑料光纤束(5根)的仿真分析

3．3．2拉锥型塑料光纤束(5根)的仿真分析

3．3．3塑料光纤束(3根)的仿真分析

3．3．4拉锥型塑料光纤束(3根)的仿真分析

3．4本章小结

第4章塑料光纤灯笼的制作和测试

4．1塑料光纤灯笼的拉锥实验

4．1．1拉锥实验准备

4．1．2单根塑料光纤的拉锥实验

4．1．3塑料光纤灯笼的拉锥实验

4．2塑料光纤灯笼的性能测试

4．2．1测试实验准备

4．2．2单根塑料光纤的功率测试

4．2．3塑料光纤灯笼的功率测试

4．2．4塑料光纤灯笼的输出光场测试

4．3实验误差分析

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢