基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作及其应用研究

摘要

随着科学技术的不断发展与进步，越来越多的电子元件被人们开发出来。光电子器件在新一轮的科技浪潮中得到了极大的发展，从而也将光纤通信技术提高到了一个新的台阶。在这期间，研究人员研发了各种光纤器件，而光纤光栅器件可以说是通信领域中最具代表性的光电子器件。1966年，诺贝尔奖获得者华裔科学家高锟等人提出，可以用光纤来取代传统电缆进行信息传输的突破性观点。经过研究人员大量的实验论证得出，光纤能够且非常适合用来进行长距离的信息传输，这一重大研究成果奠定了光纤通信技术的理论基础。1978年，光纤光栅被发明出来，它的出现使得许多光通信器件的结构得以优化。在光电子器件的这一大领域中，长周期光纤光栅作为一种新型光纤无源器件越来越受到研究者们的青睐。随着长周期光纤光栅在通信领域的不断发展，各种新的长周期光纤光栅制作方不断涌现。
　　喷墨打印技术是一种新型微加工技术，该技术具有成本低，精度高，对环境无危害等优点。其应用领域包括:生物医药、组织细胞、电子印刷、材料分析、工业设计、微光学器件、太阳能电池等。伴随着各种电子设备的微型化，喷墨打印技术越来越受到各个领域研究者的关注。
　　本论文结合喷墨打印技术的特点，提出了一种基于喷墨打印技术制作长周期光纤光栅的新方法。利用喷墨打印技术将光刻胶周期性的喷涂在光敏光纤包层表面，以喷涂在光纤包层表面周期性的光刻胶作为掩模板，采用波长为248nm的氩离子紫外激光器对该光纤进行扫描曝光，未被喷涂光刻胶区域的光纤将会受到紫外光的照射，其相应区域的折射率发生变化，从而制作出长周期光纤光栅。该制作方法具有光栅周期能够灵活调节，制作成本低，操作简单方便等优点。此外，在制作出的长周期光纤光栅基础上我们还制作了一种嵌套光栅，并根据光栅的温度特性设计了一种基于嵌套光栅的电流传感器。
　　第一章首先介绍了喷墨打印的技术背景、技术特点以及现阶段喷墨打印技术的主要发展方向;其次，阐述了本论文的研究内容及研究目的。
　　第二章首先介绍了光纤光栅的发展历程以及光纤光栅的分类方法;其次，对目前长周期光纤光栅的几种常见制作方法进行了简要的概括和分析，并对长周期光纤光栅的耦合模理论做了简单的分析;最后详细介绍了采用喷墨打印技术来制备长周期光纤光栅的制作工艺。
　　第三章首先介绍了光纤光栅滤波器的发展状况;其次，提出了一种新型套嵌光纤光栅的制作工艺，以及一种紧凑的套嵌光纤光栅多波长滤波器的制作方法。
　　第四章首先介绍了光纤电流传感器的应用背景及特点;其次，利用光栅的温度效应，设计了一种在嵌套光栅表面镀高电阻率镍铁合金层的新型光纤电流传感器。并详细介绍了该套嵌光栅电流传感器的制作过程;同时，对实验结果进行了分析。
　　第五章首先对本论文研究的内容进行了总结与回顾，随后对本论文后续进一步的研究提出展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 喷墨打印技术

1．2．1 喷墨打印技术背景

1．2．2 喷墨打印技术的特性和主要研究方向

1．2．2 可喷材料

1．3 本论文研究的主要内容

1．4 本章小结

参考文献

第二章 基于喷墨打印技术的长周期光纤光栅制作工艺

2．1 光纤光栅的发展

2．2 光纤光栅的分类

2．2．1 根据光纤光栅的周期长短分类

2．2．2 根据光纤光栅轴向折射率分类

2．3 长周期光纤光栅耦合模理论

2．4 长周期光纤光栅的制作方法

2．4．1 逐点写入法

2．4．2 离子束注入法

2．4．3 振幅掩模法

2．4．4 电弧感生微弯法

2．4．5 熔融拉锥法

2．4．6 应力或机械感生法

2．4．7 腐蚀刻槽法

2．4．8 聚焦微透镜阵列技术

2．4．9 CO2激光写入法

2．5 基于喷墨打印技术制作长周期光纤光栅

2．5．1 喷墨打印技术喷涂光刻胶工艺

2．5．2 紫外激光器刻写长周期光纤光栅

2．6 基于喷墨打印技术制作LPFG的优点

2．7 本章小结

参考文献

第三章 一种新型套嵌光纤光栅的制备方法

3．1 基于光纤光栅型的光纤滤波器发展状况

3．2 套嵌光纤光栅滤波器的制作工艺

3．2．1 套嵌光纤光栅单波长滤波器的制备

3．2．2 套嵌光纤光栅多波长滤波器的制备

3．3 套嵌光纤光栅滤波器的优点

3．4 本章小结

参考文献

第四章 基于嵌套光栅的高灵敏度光纤电流传感器

4．1 基于套嵌光栅FOCS的制备

4．1．1 长周期光纤光栅的制备

4．1．2 套嵌光纤光栅的制备

4．1．3 套嵌光纤光栅表面磁控溅射实验

4．2 基于嵌套光纤栅的FOCS的实验

4．3 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

硕士研究生期间发表的论文

致谢