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飞秒激光制造特种光纤光栅的技术

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-01-30 0:12:05 * 浏览: 0
fiber光纤光栅是一种通过一定方法对光纤纤芯的折射率进行轴向周期性调制而形成的衍射光栅。它是一种无源滤波器设备。由于光纤光栅具有体积小,融合损耗小,与光纤完全兼容以及嵌入智能材料的优势,并且其共振波长对外部环境(例如温度,应变,折射率,和专注。传感领域已被广泛使用。随着科学技术的不断发展,光纤在通信和传感领域的应用越来越广泛,并已经渗透到一些特殊的环境中。例如,在油井下的高温,高压,高腐蚀性环境中,在核电站和太空等射线环境中,在这些环境中,传统的光纤会在以下因素的影响下损坏光纤。外部环境,传输损耗会增加,限制了光纤的使用。在以上环境中使用光纤。光纤损坏的主要原因包括氢对光纤芯的损坏以及射线对光纤结构的损坏所引起的损坏。为了避免上述情况,需要对光纤的结构和组成进行特殊处理。研究表明,氢与纤维纤芯中的离子反应,破坏纤芯的结构,导致传输损耗增加,而射线将能量转移到纤芯中原子的外电子,从而导致纤维性能下降。恶化。为了避免上述情况并减少由此造成的损坏,需要使用特殊的结构或材料。研究表明,使用包层掺杂的氟和纯二氧化硅纤维可以大大减少氢损失和辐射的影响。但是,这肯定会带来新的问题,即在上述纤芯中准备光纤光栅,用于在油井下的高温,高压,高腐蚀环境中进行光纤光栅传感监控,以及核电站和太空等辐射环境中。由于传统的光纤光栅制备方法是基于准分子激光曝光法制备光纤光栅,因此所使用的纤芯需要具有高的光敏性,并且锗和硼元素需要掺杂在纤芯中。纯二氧化硅核不具有光敏性,并且不能通过传统方法制备纤维光栅。基于飞秒激光的新型光纤光栅制备技术很好地解决了上述问题。飞秒激光技术的使用是要利用飞秒激光的高瞬时能量,非热处理和高加工精度的优势。系统结构如上图所示。 800纳米飞秒激光用于光束成形并通过显微镜物镜聚焦后会聚在光纤芯上。由于不可能直接观察聚焦位置是否位于光纤的芯部,因此有必要通过观察从背面到CCD的反射点的形状来确定聚焦位置。同时,通过连接宽带光源和光谱仪,可以实时监测光栅制备过程中光谱的变化,并判断光栅制备情况。传统方法,不仅可以在非光敏纤维(如纯石英纤维,氟化物纤维等)上制备光栅,还具有其他优点。首先,飞秒激光器的制备不需要使用相位模板,因此可以摆脱相位模板的局限性。从理论上讲,可以制备具有任何反射波长的光纤光栅。激光可以穿过光纤的涂层(丙烯酸酯,聚酰亚胺等)。因此,在网格制作过程中不需要剥去纤维涂层,从而大大提高了所制备的光纤光栅的强度。更重要的是,受激准分子制成的光纤光栅不能承受高温。什么时候温度高于150度时,光纤性能开始下降,飞秒激光器制成的光栅可以承受1000度的温度,并且可以在高温环境中使用。因此,飞秒激光光纤光栅技术的出现极大地解决了光纤光栅传感技术在各种恶劣环境下的应用。在油气工程领域,纤维光栅必须具有抗氢损失的能力。在许多情况下,它们必须承受300度的高温。在光纤激光器领域,2um和3um光纤激光器系统需要氟化物光纤光栅。在空间等光线环境中,光纤光栅需要承受高光线能量。在这种特殊的恶劣环境下,飞秒激光制备的光纤光栅可以满足所有特殊要求,极大地扩展了光纤光栅传感技术的应用领域。