光纖端面微結構出射光束遠場準直關鍵技術研究.pdf

1、近年來，光學系統(tǒng)的微型化、高度集成化已逐漸成為一種新趨勢。在光纖端面構建微結構來組成微小光學系統(tǒng)這種技術在國外已被廣泛應用于生命科學、醫(yī)療器械、工程測量、光纖通信等領域?；诠饫w端面微結構的微小光學系統(tǒng)具有體積小等優(yōu)點，它可以解決一些原有光學系統(tǒng)無法解決的問題，其應用前景非常廣闊。
　　在本課題中，使用光纖端面微結構技術實現(xiàn)出射光束的遠場準直，并將這種方法應用到雙光纖共球耦合傳感器中，提高傳感器的分辨力。圍繞這個問題，在本課題中完

2、成了以下幾方面研究工作。
　　(1)研究完成了對光纖端面微軸棱鏡、光纖端面菲涅爾圓環(huán)、光纖端面環(huán)縫結構、GRIN光纖的相關理論研究。應用波動光學和幾何光學理論進行了數(shù)學推導，得出經(jīng)過不同端面結構出射光束的表達式。借助仿真，完成了對每種光纖端面微結構出射光束特性的研究，由此分析出光纖端面軸棱鏡的優(yōu)勢。
　　(2)研究完成了針對光纖端面軸棱鏡的研磨系統(tǒng)。設計、加工并且組裝了一套針對光纖端面微軸棱鏡的光纖研磨系統(tǒng)，在光纖端面成功研

3、磨了一個底角為45°的軸棱鏡。經(jīng)過實驗測試，該系統(tǒng)可以在光纖端面加工出底角為30°至45°的軸棱鏡。
　　(3)研究完成了針對平端面光纖，光纖端面軸棱鏡，GRIN光纖的相關性能測試。實驗結果表明：光纖端面軸棱鏡將原本由平端面光纖出射的光束遠場質心穩(wěn)定性提高了45倍，同時，將出射光束的發(fā)散角從原有的4.1°壓縮至原有發(fā)散角的11％，即0.47°。研究完成了對不同長度的GRIN光纖的出射光束發(fā)散角的實驗驗證。實驗結果表明：GRIN光纖

4、對出射光束的準直作用與其長度關系近似為正弦函數(shù)關系，其出射光束的發(fā)散角最大為3.2°，最小為1.63°，相比平端面，GRIN光纖可以將從平端面射出的光束的發(fā)散角壓縮至39%。研究完成了針對光纖端面軸棱鏡出射光束的遠場光強分布實驗。實驗結果表明：在距離光纖端面軸棱鏡出射端面約30μm-50μm處，光斑光強分布的均勻性極高。
　　(4)應用本課題中提出的光纖端面軸棱鏡，制作了新型雙光纖共球耦合傳感器，完成了分辨力測試。實驗結果表明，新