高温热重生光纤布拉格光栅制备及性能研究分析（光学论文） ㊣ 精品文档 值得下载

射率为，中心波长蓝移至，带宽减少为强度降低，带宽同时减小，中心波长蓝移是由于降温后栅区之间的光栅周期减小导致退火后光谱的强度良好，且重生后的光谱谱形较好按同样的退火程序将臵于氩气中处理，观测其光谱，光谱特性与在空气中的无明显差异，温度测试与耐高温特性测试均与在空气中处理公司的多波长光纤分析仪，利用横向干涉测量法，将光纤光栅放臵于检测夹具上，相干光经过被测光纤后发生干涉并由镜头接收干涉条纹经过扫描后，测量区域所有数据经相位拼接由计算机合成生成分布图，设备通过光学方法测出其应力分布化学组分变化采用射线光电子能谱分析进行分析分析与讨论为了分析退火过程中反射强度的变化情况，将在空气中以速度升温，从室高温热重生光纤布拉格光栅制备及性能研究分析光学论文始光栅对石英单模光纤在的条件下载氢，使光纤具有良好的光敏性然后，使用相位掩模法对载氢后的光纤进行曝光，激光器波长为，重复频率为，曝光单脉冲能量为，曝光个脉冲，光纤上总曝光能量石英单模光纤型号为，来自中国江苏亨通光电股份有限公司，激光器采用美国公司的准分子激光器的制备与表征的热重生及高温测试实验装臵如图研究结果表明，目前对的研究主要集中于光纤的掺杂载氢条件，初始光栅特性，以及再生时的退火方式，和退火温度等对的反射强度和其他光谱性能影响方面而通过实验发现，石英光纤光栅经高温处理后存在脆性明显增大极易断裂的问题但已有文献并未对严重影响机械性能的现象进行机理解释，而是通过封装，技术和工艺来降低其脆性损伤鉴于此，为了研究高温退火使擦除重生出后，光纤内部发生的变化本点，因此，研究传感器在冶炼航空等领域具有重要的意义和广阔的应用前景目前对的形成机理及应用已有诸多的报道年，瑞典科学家采用等幅升温方式退火，利用氟锗共掺光纤制备了耐高温光纤光栅，并认为其形成机理是光纤中氟元素与羟基发生化学反应形成的氟化氢在高温下从纤芯向外扩散形成了周期性的折射率分布，因此将这种耐高温光纤光栅称为化学组分光纤光栅年，悉尼大学报道了种新型摘要普通型光纤布拉格光栅，温度传感器工作温度小于作为种可靠的无源温度传感器，目前已被广泛地应用，然而，在能源石油冶炼和航空航天等领域，很多部件需要在超过甚至上千度的高温环境下运行，普通型光纤光栅温度传感器难以满足工程应用的需求关键词光纤传感光纤布拉格光栅应力热重生光纤光栅退火普通型光纤布拉格光栅，温度传感器工作温的影响，发现高温退火使中的氧化成，尽管的机械强度强于，但是高温退火后的机械强度反而降低由此推测，影响高温退火后的机械性能下降的主要原因可能是应力松弛该研究结果可在光纤拉制过程以及后续退火过程中减少脆性提供理论和实验依据为进步增加光纤机械强度，本文有两点设想考虑到光纤拉丝时，从预制棒到光纤经受高温的时间很短几秒量级，而重生过程中通常需要通过快速升征峰下所包络的面积占总面积的百分比即为该成分在样品中的含量文献中报道，硅的氧化物含氧量越高，密度越大，机械强度越高结合表可知，高温处理会将标准中的氧化考虑到为更稳定的氧化态，而高温退火后的脆性反而增大了故可推论高温退火使内氧化成并非导致光纤脆性增大的主要原因结合之前的应力分析认为，光纤经过高温处理其脆性主要原因为物理结构的改变，即光纤的应力松弛高温使得等含量极低由此可知，空气中的些成分在高温下与反应，具体反应情况可对做组分分析图不同的退火气氛对轴向应力的影响不同热退火环境气氛内部组分的变化制备如下两个，将分别在气环境气体流量空气环境相对湿度中按升温速度从升至，并在保温，再自然冷却降温至以未经处理的作为标准样对照对这个样品进行分析图为光纤光栅的的影响由图可以看出，高温热退火使得应力松弛，光纤的压应力与拉伸应力均减小其次，在不同降温速度的条件下条曲线基本重合，可知不同的降温速度对于轴向应力并无影响不同退火环境气氛对轴向应力的影响将分别在真空环境压强空气环境相对湿度气环境气体流量中按升温速度从升至，并在保温，再自然冷却降温至未经高温处理的作为标准样对照由于常规制作高温热重生光纤布拉格光栅制备及性能研究分析光学论文及减少的热退火重生时间，可以增大其机械强度光纤拉丝中，拉丝速度拉丝温度等参量均会对光纤的损耗有影响，但是鲜有关于这些参量对光纤机械强度的影响的研究报道因此，改变光纤拉制过程中的些参量，探索其对光纤机械性能影响，具有重要的理论意义和实用价值刘日照，陈明，郑加金，刘力，朱永刚，陈焕权，韦玮高温热重生光纤布拉格光栅制备及其性能研究光子学报，高温热重生光纤布拉格光栅制备及性能研究分析光学论文将还原成图个样品的分峰图表高温退火后样品中，含量结论本文采用单模石英光纤，通过改变的制备条件来探究退火前后与的变化，并推测退火后机械强度变差的原因当改变热退火温度时，发现高温会导致内部应力松弛，且热退火温度越高，的应力松弛程度越大其次，研究发现降温速度对应力分布无明显影响最后，研究了高温退火环境气氛对轴向应过高温处理后的轴向应力呈现出如下的趋势的纤芯及靠近纤芯的包层处，其压应力不断减少，且随着退火温度的提高，其压应力减小至，其轴向拉伸应力从逐渐减小，且越远离纤芯的位臵减少的量越小由此可知经过高温处理后，其内部拉伸应力和压应力都会逐渐减小，即发生应力松弛现象实际使用普通型温度传感器时，工作温度仅在以下，其具有良好的机械强度，而高温退火后的机械性纤内部的取向变小，内部压应力与拉伸应力都减小，导致结构不如原始光纤紧密，使得机械性能降低，脆性增大光纤内部存在成因有光纤从预制棒拉制成光纤时，预制棒首先在下被熔融，拉制过程是在石墨炉中进行，石墨炉内部充斥惰性保护气体由于是原子晶体，熔融后共价键被破坏，且光纤内部为无氧环境，部分键形成了由于光纤在处的水峰处有较大衰减，工业化生产中会对光纤氘化处理以减少水峰的生成氘具有还原性全谱图，可见其主要成分为与为峰，对比个样品，可看出在结合能为附近处，峰强有明显增强文献中报道，为的特征峰，小于处的峰为的亚氧化态等由图可知，标准样中存在着的亚氧化态，经过高温处理，被氧化生成，且由于空气为富氧环境，在空气中高温处理的的组分最大图个样品的光谱对个样品的峰分峰处理，分峰图如图为的特征峰，为的特征峰时都将光纤臵于空气中退火，空气中存在等，故探究是否光纤内部的组分与空气中这些发生了反应，使得光纤内部应力发生变化对种样品进行测试，测试结果如图，在空气中高温处理的的应力分布不同于在真空中和在气中处理的纤芯处的应力相对小于真空和气环境下处理的，且真空和气环境下的光纤包层到处的应力为，而空气中高温处理的在此处有残余应力真空和气环境的共同特点较差，因此，高温退火后导致的应力松弛可能是脆性增大的个因素不同降温速度对轴向应力的影响将在空气环境中按升温速度从升至，并在保温，再分别以自然冷却关闭管式炉加热，降温速度先较快，到时较慢急速冷却直接将从炉膛取出，大约降至，降温至制备个试样，未经高温处理的作为标准样对照，结果如图图不同降温速度对轴向应高温热重生光纤布拉格光栅制备及性能研究分析光学论文如图轴表示光纤的径向位臵，轴表示的是应力大小，正值表示的为光纤径向所在位臵受到的拉伸应力大小，力的方向是轴向的，故称为轴向应力，负值为压应力由图可以看出，未经高温处理的轴向应力主要呈现以下特征纤芯处存在左右的压应力，在靠近纤芯的包层处存在左右的压应力在远离纤芯的包层处存在左右的拉伸应力图不同退火温度对轴向应力的影响与未处理的标准样对比，的测试结果相同图退火过程中反射强度的变化将制备好的臵于管式炉中进行温度测试，测试范围为测试结果如图，黑点为实际测温点，经线性拟合后可得波长与温度的漂移关系可以看出，制备好的具有良好的线性测温性能其中拟合直线的斜率代表该的测温灵敏度，为，拟合直线的判定系数为为了研究退火重生后的耐高温特性，将在之间测试，检测其反射光谱，测试结果如图，升至，并在保温然后，自然冷却至室温的热重生过程如图，右轴为管式炉内温度，直线为光栅的温度随着时间的变化曲线点连线为反射强度随着加热时间的变化可以看到在左右的时候，管式炉对初始光栅加热，初始光栅的反射率并没有太大变化，到左右，初始光栅的强度急剧下降初始光栅被完全消失后，逐渐出现个新的光栅，即为热重生光栅，随后再生光栅的强度随时间不断变大，经过约的时间，再生光谱仪高温管式炉组成宽带光源发出的光经过环形器到，光栅反射回去的光再由环形器进入光谱仪高温管式炉通过特定的退火程式对进行退火处理，通过光谱仪实时扫描光谱观察光栅的擦除与生长情况图光纤光栅的热重生及高温反射谱实时测试装臵光纤光栅的轴向应力测试使用美国在制备具有良好测高温效果的的基础上，研究和分析了不同退火条件下与的轴向应力变化以及内部组分变化情况并进步研究了降温速度，退火环境气氛真空惰性气体空气等等因素对轴向应力及内部组分的影响，并给出高温退火后脆性较大的合理推论实验的刻写研究表明，若初始光反射谱强度较低，重生后的反射谱强度也较低，为了获得性能良好的，本文首先制备具有较高反射率的耐高温光纤光栅形成机理，使用激光器在硼锗共掺光纤上制备了型光纤光栅，经过退火处理制备了，并认为光纤再生机理是发生在光纤包层与纤芯界面的应力松弛北京交通大学等研究了应力对光纤光栅再生的影响，结果表明施加应力会导致的波长增加，且施加的应力与光栅波长增加比率基本成正比西北大学等研制了种含量为的新型光敏光纤，所制备的能够耐温以温度小于作为种可靠的无源温度传感器，目前已被广泛地应用，然而，在能源石油冶炼和航空航天等领域，很多部件需要在超过