D型光纤的飞秒激光加工及其传输特性研究

摘要

以光纤微纳结构为核心的光纤器件是光信息技术发展的支撑。其中，D型光纤以其结构简单、灵敏度高、机械性能好等优点，已被用于制作多种全光纤器件。提高D型光纤的加工精度和加工效率对于集成光学的发展及光纤传感领域的发展具有非常重要的意义。本文结合飞秒激光微纳加工这一前沿技术对D型光纤的加工及传输特性进行研究。
　　1.提出基于较高能量的飞秒激光轮廓线方法加工D型光纤，实验验证了其可行性。
　　2.搭建了一套可靠的飞秒激光加工光纤系统。在此基础上，实验研究了不同工艺参数（离焦量、单脉冲能量、扫描速度、加工路径深度）对飞秒激光轮廓线方法加工D型光纤的表面加工质量以及加工深度的影响。在较优的工艺参数下，该轮廓线方法加工的D型光纤表面粗糙度可达170 nm左右。多组重复实验结果表明:本文的轮廓线方法在提高加工效率、保证加工精度的同时，还具有较高的可重复性。
　　3.在建立D型光纤三维光学模型的基础上，基于有限差分光束传输法分析了不同结构参数D型光纤的传输特性。结果表明:填充材料折射率在1.466以下时，各D型光纤传输损耗都几乎为0;折射率在1.466以上时，各D型光纤的传输损耗随着折射率的增大均呈现出先增大后减小的趋势，损耗最大值均出现在折射率1.472处。且在同一折射率下，随着剩余包层厚度的减小、加工长度的增加，D型光纤的传输损耗均会增大。
　　4.最后对飞秒激光轮廓线方法加工的D型光纤的传输特性进行实验研究，结果表明:实验结果与仿真结果基本一致。由此说明本文提出的飞秒激光轮廓线方法为高性能的D型光纤加工提供了一种高效的新方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究背景及意义

1．2 飞秒激光加工技术的应用

1．2．1 飞秒激光应用于金属材料的加工

1．2．2 飞秒激光应用于透明介质材料的加工

1．3 D型光纤应用及加工现状

1．4 论文的主要内容与章节安排

2 D型光纤的飞秒激光加工方法研究

2．1 飞秒激光与透明介质的相互作用机制

2．1．1 非线性电离

2．1．2 库仑爆炸

2．2 飞秒激光轮廓线方法加工D型光纤的可行性分析

2．2．1 飞秒激光轮廓线加工方法介绍

2．2．2 轮廓线法加工D型光纤的可行性分析

2．3 本章小结

3 飞秒激光轮廓线方法加工D型光纤的实验研究

3．1 飞秒激光加工系统介绍

3．2 不同工艺参数对D型光纤表面加工质量的影响

3．2．1 离焦量对表面加工质量的影响

3．2．2 单脉冲能量对表面加工质量的影响

3．2．3 扫描速度对表面加工质量的影响

3．3 不同工艺参数对D型光纤加工尺寸的影响

3．3．1 轮廓线方法加工深度的一致性探讨

3．3．2 离焦量对加工深度的影响

3．3．3 单脉冲能量对加工深度的影响

3．3．4 扫描速度对加工深度的影响

3．3．5 加工路径深度对实际加工深度的影响

3．4 本章小结

4 D型光纤的传输特性研究

4．1 D型光纤传输特性的仿真研究

4．1．1 D型光纤的光学模型及仿真计算方法

4．1．2 剩余包层厚度对D型光纤传输特性影响的仿真研究

4．1．3 加工长度对D型光纤传输特性影响的仿真研究

4．2 D型光纤传输特性的实验研究

4．2．1 基于飞秒激光轮廓线方法加工特定深度的D型光纤

4．2．2 D型光纤传输特性研究的实验装置

4．2．3 剩余包层厚度对D型光纤传输特性影响的实验研究

4．2．4 加工长度对D型光纤传输特性影响的实验研究

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间主要的研究成果

致谢