一種新的長(zhǎng)周期光纖光柵制作方法

1、 國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申 報(bào) 書(shū)項(xiàng) 目 名 稱： 一種新的長(zhǎng)周期光纖光柵制作方法申 請(qǐng) 者： 程玉田 崔璐 朱月月 所 在 院 系： 物理與材料科學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 年 級(jí)： 2009級(jí)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師： 徐峰 起 止 時(shí) 間： 2012.1至2013.3 聯(lián) 系 電 話： 子 信 箱： cyt09ahu申 報(bào) 時(shí) 間： 2012.2安徽大學(xué)教務(wù)處制表填 表 須 知一、安徽大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書(shū)要按順序逐項(xiàng)填寫，內(nèi)容要實(shí)事求是，表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)。空缺項(xiàng)要填“無(wú)”。要求一律用A4紙打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。 二、申請(qǐng)參加安徽大學(xué)國(guó)

2、家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)人數(shù)不得超過(guò)3人（1人為立項(xiàng)負(fù)責(zé)人，參與合作研究者1-2人為宜）。三、安徽大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書(shū)由申報(bào)學(xué)生所在學(xué)院初審，簽署意見(jiàn)后，一式三份（均為原件），報(bào)送教務(wù)處。項(xiàng)目名稱一種新的長(zhǎng)周期光纖光柵制作方法申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)30000元起止時(shí)間2012.1至2013.3負(fù)責(zé)人學(xué)號(hào)姓名年級(jí)所在院系、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail B20914104程玉田09級(jí)物理學(xué)院光信yt09ahu參加成員B20914025崔璐09級(jí)物理學(xué)院光信uilu2000B20914070朱月月09級(jí)物理學(xué)院光信/p>

3、zyy09gxx指導(dǎo)老師姓名職稱所在院系聯(lián)系電話 E-mail徐峰副教授物理與材料科學(xué)學(xué)engxahu.一、項(xiàng)目申請(qǐng)理由（包括項(xiàng)目背景及自身具備的知識(shí)、素質(zhì)、能力等研究等條件） 項(xiàng)目背景： 隨著光纖及光子器件制造技術(shù)的不斷完善，光纖光柵己成為目前最具有代表性和最具有發(fā)展前途的光纖無(wú)源器件之一，廣泛應(yīng)用于光通信和光傳感等領(lǐng)域。長(zhǎng)周期光纖光柵 (Long Period Fiber Grating, LPFG)作為一種新型的光纖光柵，由于其插入損耗小、帶寬寬、后向反射低、對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)靈敏度高、制作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。長(zhǎng)周期光纖光柵是一種透

4、射型光柵，其功能是將光纖中傳播的特定波長(zhǎng)的光波耦合到包層中損耗掉。長(zhǎng)周期光纖光柵在光纖通信系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用，與光纖布拉格光柵相比，其阻帶比光纖布拉格光柵的阻帶寬的多，而且為傳輸型，沒(méi)有回波影響，因此可以簡(jiǎn)便地級(jí)聯(lián)多個(gè)不同阻帶特性的長(zhǎng)周期光纖光柵以獲得所需的濾波特性。例如，將一個(gè)或多個(gè)不同諧振波長(zhǎng)和透射率的長(zhǎng)周期光纖光 柵級(jí)聯(lián)制作成的摻鉺光纖放大器（EDFA）增益平坦元件可有效解決高比特率通信系統(tǒng)中EDFA的增益不平坦問(wèn)題。另外，選擇合適的長(zhǎng)周期光纖光柵可以用來(lái)抑 制EDFA在1530nm附近的放大自發(fā)輻射（ASE），而在信號(hào)波長(zhǎng)區(qū)域和抽運(yùn)光波長(zhǎng)區(qū)域完全透明，從而大大減小放大器的自發(fā)輻射噪聲

5、系數(shù)。作為帶阻濾波器，長(zhǎng)周期光纖光柵還可以在級(jí)聯(lián)拉曼激光器中用于濾除斯托克斯線，減小信道間的串?dāng)_。除此之外，長(zhǎng)周期光纖光柵在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用還有：波長(zhǎng)選擇及耦合器、光分插復(fù)用器（OADM）、光開(kāi)關(guān)、模式轉(zhuǎn)換及色散補(bǔ)償器等。 同時(shí)由于長(zhǎng)周期光纖光柵的耦合特性對(duì)外界環(huán)境因素非常敏感，因此其在光纖傳感領(lǐng)域亦有著廣泛的應(yīng)用。主要有：溫度、應(yīng)變、扭曲等單參數(shù)測(cè)量，多參數(shù)測(cè)量，化學(xué)及生物傳感器，非線性測(cè)量等。 長(zhǎng)周期光纖光柵具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法主要有逐點(diǎn)寫入法，CO2激光寫入法，振幅掩膜法，微透鏡陣列技術(shù)和物理變形法。盡管上述方法均有一定的實(shí)踐意義，但仍存在諸多不足，因而，研

6、究一種簡(jiǎn)單，低成本，適合制作各種復(fù)雜長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)光纖光柵的方法對(duì)于長(zhǎng)周期光纖光柵的應(yīng)用具有重要價(jià)值。 自身具備的研究條件： 團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過(guò)兩年半的專業(yè)學(xué)習(xí)，除了物理學(xué)基礎(chǔ)理論外，還學(xué)習(xí)了光纖通信、激光原理、信號(hào)分析與處理等課程，加深了對(duì)光電方面知識(shí)的了解并對(duì)于該方面的課題產(chǎn)生了深厚興趣。在大學(xué)物理學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、電子實(shí)驗(yàn)及近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐操作中，初步掌握了實(shí)驗(yàn)流程及簡(jiǎn)單的操作技能，培養(yǎng)了一定的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。另外，通過(guò)C語(yǔ)言、Fortran程序設(shè)計(jì)的課程學(xué)習(xí)，對(duì)于編程及相關(guān)常用軟件有了基本的認(rèn)識(shí)。 通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，小組成員掌握了一些關(guān)于光纖光柵及其制作方法的內(nèi)容。首先是對(duì)其基本概念的了解，隨后小組

7、對(duì)此學(xué)科的研究對(duì)象、研究方法、研究目的、研究工具等方面做了進(jìn)一步的了解，能初步使用相關(guān)的網(wǎng)站及數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)對(duì)以前的科學(xué)家的研究結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)，吸收其中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著小組成員們對(duì)光纖光柵這個(gè)學(xué)科的進(jìn)一步了解，更是對(duì)其產(chǎn)生了極大的興趣，不僅認(rèn)為這個(gè)課題具有很強(qiáng)的新意，更覺(jué)得這個(gè)課題的實(shí)用性很強(qiáng)。我們希望能夠通過(guò)努力，在改善長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法方面有所突破，同時(shí)我們也相信自己可以成功。二、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容（目前研究的現(xiàn)狀、方法、觀點(diǎn)、難點(diǎn)、特點(diǎn)和提出的創(chuàng)新點(diǎn)等）國(guó)內(nèi)外本項(xiàng)目的研究現(xiàn)狀：當(dāng)紫外光照射摻鍺光纖時(shí)能引起光纖芯徑折射率的永久性變化, 1976 年K.O.Hill的這一發(fā)現(xiàn)使得光纖光柵在光通信

8、網(wǎng)絡(luò)中獲得廣泛應(yīng)用1-2。1995年.AM.vengsarkar等人3在光纖中成功地寫入長(zhǎng)周期光柵LEPG，并用其解決了帶阻濾波設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)以及摻鉺光纖放大器的增益均衡方面的問(wèn)題,標(biāo)志著 LPFG理論與技術(shù)的誕生。1998年Dvais等人4提出了用聚焦的CO2激光器脈沖在普通單模光纖中寫入長(zhǎng)周期光柵，并對(duì)所寫光柵的光譜特性、偏振特性和溫度穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究。這種方法不需要載氫，并可以改變寫入周期，從而可以寫入非均勻周期的具有特殊用途的LPFG，使成本降低，制作周期短。2003年YIRao5首次提出了一種用計(jì)算機(jī)控制的聚焦高頻CO2激光脈沖效應(yīng)在普通光纖中寫入LPFG的方法。提高了加熱效率，能

9、夠高效率、高質(zhì)量的寫入低成本的LPFG。2002年Kryukov P.G等人6用飛秒激光器 ,采用幅值掩膜法制作了 LPFG,發(fā)現(xiàn)這種方法制作的 LPFG透射譜的吸收峰達(dá)到20 dB多,且有很小的帶外損耗 ,并對(duì)光纖沒(méi)有造成損害。FujimakM等人7將高能量He2+注入到光纖中制作了LPFG。制作過(guò)程中,經(jīng)加速后的高能量 He2 +通過(guò)金屬掩膜板注入到光纖上,加速能量為5.1MeV,掩膜周期為170m,間距為 60m,共 20個(gè)周期,注入 20 ×1015He2 +/ cm2劑量后 ,在普通通信光纖中制作了諧振波長(zhǎng)為1410nm,損耗峰大于16dB的 LPFG。Atsushi S等

10、人8用 H +束輻照光纖 ,制作了周期為 300m的 LPFG,用離子注入法可以方便地控制周期的長(zhǎng)度和精度 ,精度可以控制在±0.4m。應(yīng)用物理或化學(xué)的方法直接在光纖中刻入光柵的物理形變法的研究也日益增多9。上述長(zhǎng)周期光纖光柵制作方法中，掩膜曝光法主要存在光纖光柵掩膜模板制作要求高，成本昂貴，采用激光逐點(diǎn)直寫存在難以保證光柵周期結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和一致性，寫入速度慢的缺點(diǎn)。此外，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的折射率周期結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)耐高溫光纖光柵。參考文獻(xiàn)：1瞿榮輝，趙浩，房祖捷.光纖光柵的制作方法和應(yīng)用研究進(jìn)展J激光與光電子學(xué)進(jìn)展.1999（12）:8-132Hill K.O,Fujii Y,Johnso

11、n D.C,et al.Photosensitivity in optical fiber waveguide:application to reflection filter fabricationJ.Appl.Phys.Lett,1978,32(10):647-6493A.M.Vengsarkar，Qian Zhong，Daryl Inniss，W.A.Reed，PaulJ.Lemaire and S.GKosinski.Birerfingence reduction in side-written Photoinduced fiber devices by a dual-exposure

12、 mehtod.Optics Lett.，1994，19(16)： 1260-12644D.D.Davis，T.K.Gaylord，S.C.Mettler，and A.M.Vengsarkar.Long-Period fiber grating fabrication with focused CO2 laser pulsesJ.Electronics Lett，1998，34(3):302-303.5Y.J.Rao,Y.p.Wang,Z.L.Ran,Novel fiber-optic sensors based on long-period fiber gratings written by

13、 high-frequency CO2 laser pulsesJ.Journal of LightwaveTechnology，2003,21(5):1320-1327.6Thomas Clouquer,Veradej Phipatanasuphom, Parmesh Ramanathan,et al. Sensor deployment strategy for target detection C Wireless Sensor Networks and Applications (WSNA). Atlanta: s.n. , 2002:521 - 527.7 Poduri S, Suk

14、hatme G S.Constrained coverage in mobile sensor networksCProc of IEEE International Conference on Robotics and Automation ( I CRA 04). USA:New Orleans,LA, 2004: 40-50 .8 Meguerdichian S, Koushanfar F,Qu G, et al . Exposure in wireless adhoc sensor networksC In Pr- oc of the 7th Annual International

15、Conference on Mobile Computing and Networking (Mobi-Com01).Italy Rome, 2001: 139 - 150 .9李彬，裴麗，董小偉，簡(jiǎn)水生，漳州旗光纖光柵的幾種制作方法J.光通信技.2003(6).36-38.研究方法及觀點(diǎn)：1、光纖表面光刻圖形設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)原理研究 為在光纖包層上直接進(jìn)行光柵掩膜圖形的制作，首先對(duì)表面圖形化實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行研究。利用光刻膠經(jīng)光照后，在曝光區(qū)能很快地發(fā)生光固化反應(yīng)，其物理性能，特別是溶解性、親合性等發(fā)生明顯變化等特性，初步確定用光刻膠作為光柵掩膜的圖形基底以曝光顯影為實(shí)現(xiàn)光纖表面圖樣化途徑的方案。結(jié)合上

16、述方案，考慮到光纖上要刻寫出環(huán)狀周期性圖形區(qū)域，初步確定出光纖表面光刻圖形時(shí)需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)曝光。綜合以上結(jié)果，設(shè)計(jì)出掩膜模板圖形。2、光刻加工工藝的研究設(shè)計(jì)合理的加工工藝，在光纖表面制作我們所需要的周期性圖形結(jié)構(gòu)，認(rèn)真分析不同類別光刻膠的反應(yīng)機(jī)理、分辨率、對(duì)比度、敏感度、粘滯度，確定加工過(guò)程中使用的光刻膠型號(hào)。設(shè)計(jì)并制作一套長(zhǎng)周期光纖光柵的加工平臺(tái)，利用MEMS加工工藝平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)光纖包層表面周期性圖形的制作，其中包括實(shí)現(xiàn)光纖表面圖形化的實(shí)現(xiàn)，及紫外誘導(dǎo)光柵寫入工藝多根光柵同時(shí)刻寫的實(shí)現(xiàn)。3、紫外誘導(dǎo)光柵寫入工藝和刻蝕工藝的研究 分析現(xiàn)有長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法，如激光逐點(diǎn)曝光法、機(jī)械應(yīng)力感生法及長(zhǎng)

17、周期掩膜模板法的不足，設(shè)計(jì)出紫外誘導(dǎo)光柵寫入法和刻蝕法。將對(duì)光纖進(jìn)行光致誘導(dǎo)折射率變化實(shí)驗(yàn)和刻蝕實(shí)驗(yàn)，并測(cè)試所制作光柵的各項(xiàng)特性。 對(duì)于以上三方面的研究，均具有一定的基礎(chǔ)，做了相關(guān)的準(zhǔn)備。項(xiàng)目本身具有可行性，對(duì)改善長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法具有重要意義。項(xiàng)目難點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)出掩膜模板圖形；2、確定加工過(guò)程中使用的光刻膠型號(hào)；3、設(shè)計(jì)并制作一套長(zhǎng)周期光纖光柵的加工平臺(tái)；4、對(duì)裸露在外面的包層進(jìn)行刻蝕。項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新點(diǎn)：1、采用光纖表面直接形成光纖光柵周期結(jié)構(gòu)的圖形，可避免傳統(tǒng)光柵掩膜模板的制作，降低成本，同時(shí)能靈活方便的調(diào)整光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)；2、光纖表面圖形的制作采用MEMS工藝，可實(shí)現(xiàn)高精度，復(fù)雜

18、光纖光柵結(jié)構(gòu)圖形的制作； 3、所提出光柵制作方法可滿足兩種不同的寫入方式，以便制作不同類型的光纖光柵。三、項(xiàng)目進(jìn)度安排（查閱資料、選題、自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究方案、開(kāi)題報(bào)告、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理與分析、研制開(kāi)發(fā)、填寫結(jié)題表、撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告、參加結(jié)題答辯和成果推廣等）研究計(jì)劃研究階段（起止時(shí)間）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前期2012.1-2012.2查閱相關(guān)資料及選題工作，設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究方案,完成開(kāi)題報(bào)告。中期2012.3-3012.6設(shè)計(jì)光纖表面光柵圖形的制作工藝，并制作光柵圖形。2012.7-3012.12在光纖表面圖形化的基礎(chǔ)上，采用兩種方法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期光纖光柵的寫入。后期2013.1-2012.3進(jìn)行項(xiàng)目資料整理和成果申請(qǐng)。四、擬利用資源（實(shí)驗(yàn)室、研究所、實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、創(chuàng)新實(shí)踐基地、儀器設(shè)備、資料等） 依托安徽大學(xué)光電信息獲取與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部已有紫外激光器，各種化學(xué)試劑，涂膠機(jī)，紫外深度光刻機(jī)，各種光纖材料，恒溫水浴槽等。五、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算與用途（購(gòu)置實(shí)驗(yàn)材料、試劑、藥品、加工測(cè)試、資料、復(fù)印、調(diào)研、交通等經(jīng)費(fèi)開(kāi)支）經(jīng)費(fèi)預(yù)算序號(hào)預(yù)算項(xiàng)目預(yù)算金額（元）備注1資料費(fèi)3000購(gòu)買書(shū)籍、資料、復(fù)印等2差旅費(fèi)4000參加學(xué)術(shù)會(huì)議、學(xué)習(xí)等3版面費(fèi) 7000發(fā)表論文、申請(qǐng)專利等4實(shí)