1 浙江大学 光电科学与工程学院，极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310058
2 浙江大学 材料科学与工程学院，浙江 杭州 310058
随着人工智能、大数据、云计算、物联网、移动电子等的发展，传统的稀土离子掺杂单芯单模光纤放大器承载的光纤通信系统的传输容量已经逐渐接近香农极限，需要发展新型材料体系，以拓宽光纤通信系统的传输容量。相比于稀土离子，量子点具有较宽的发光带宽、可调波长的发光特性，且量子点的发光性质可以通过多种化学手段调控，在量子点光放大器上显示出了宽带光放大特性，受到学术界和产业界的广泛关注。在该背景下，本文提出将化学合成的PbS/CdS核壳量子点与低损耗聚合物集成，获得量子点掺杂光纤放大器，实现近红外通信波段可调波长、宽带光放大特性。文章研究并揭示了影响固化后的聚合物纤芯连续性的因素和影响机制，提出了降低固化胶前驱体液面附加压力、固化收缩力、聚合物前驱体与光纤内壁的摩擦力，并提高抽真空产生的牵引力以获得连续光纤，在此基础上获得了基于热固化聚二甲基硅氧烷（PDMS）和光固化NOA61、NOA85固化胶的纤芯连续光纤，量子点光纤在1 530~1 630 nm获得了增益带宽达到100 nm以上的开关增益，最高增益达到6.5 dB。本文的研究结果将促进量子点光纤器件和宽带光通信技术的发展。
量子点 聚合物光纤 宽带光纤放大器 quantum dots polymer optical fiber broadband optical fiber amplifier
北京师范大学珠海校区认知神经科学与学习国家重点实验室认知神经工效研究中心，珠海 广东 519085
近年来，聚合物光纤因其体积小、质量小、柔软、成本低等诸多优点，以及不同于石英光纤的生物相容性等优良特性，在传感及通信等领域逐渐受到了重视。系统介绍了包括聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物、环烯烃均聚物以及聚碳酸酯等的聚合物光纤组成材料，基于不同波段的刻写激光源如248 nm、266 nm、325 nm等的光栅制备技术，以及包括相位掩模板刻写、飞秒激光直写技术以及飞秒激光双光子聚合刻写技术等的光栅刻写技术。最后，回顾了近些年聚合物光纤光栅在传感及通信领域的研究进展，并进行了总结和展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306020
华侨大学信息科学与工程学院, 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
研究了一种侧面均匀发光聚合物光纤(POF)的制备方法,采用激光打标技术在POF侧面制作变栅距(VLS)光栅型散射点,建立了激光打标VLS散射点模型,该模型由深度很浅的表面凹坑和纤芯内分布着散射颗粒的散射区组成。理论推导出散射点相对散射光功率和VLS栅距的计算公式,分析了散射点的散射光功率随凹坑深度和颗粒密度的变化规律,以及不同散射点凹坑深度和不同POF侧面发光相对出射度下VLS栅距的分布规律。结果表明散射点凹坑深度的微小变化(微米量级)对散射点的散射光功率和VLS栅距的影响很大。当散射颗粒密度N<10
5 mm
-3时,散射点散射光功率变化不大;但是当N>10
5 mm
-3时,散射光功率变化明显。理论计算了不同散射点凹坑深度和不同相对出射度的VLS栅距分布曲线,并且通过实验验证了理论结果的正确性。通过调节激光打标功率,实验得到了亮度均匀度高于90%的侧面发光POF。
光纤光学 聚合物光纤 侧面发光 激光打标技术 变栅距光栅 散射点 光学学报
2018, 38(12): 1206001
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
研究了以大功率发光二极管(LED)作为光源的聚合物光纤束(POFB)透镜耦合器的原理和设计方法,基于能量补偿和坐标迭代法设计了一种能量均匀分布自由曲面透镜耦合器。透镜耦合器由两个折射曲面和两个反射曲面以及一个环形柱透镜面组成,折射曲面将修正的朗伯型大功率LED光束中发散角度较小的光线均匀分配在POFB端面上;反射曲面将LED光束中发散角度较大的光线作为补偿光线进行能量重新分配以提高目标面的照度均匀性,并以光纤束端面的照度均匀性和有效光利用率为优化目标对透镜耦合器结构进行优化设计。光学仿真结果表明,当采用3535规格的LED作为光源时,设计的耦合器可使直径为0.5 mm的20×20根POFB端面照度均匀性达到92%,有效光利用率达到71%。
几何光学 发光二极管 聚合物光纤束 自由曲面 光学仿真
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 安徽省光子器件与材料重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
聚合物光纤光栅不仅具有体积小、质量轻、柔软、成本低等诸多优点, 还因聚合物自身的特性而具有灵敏度高、响应范围宽、生物兼容性等优良特性。首先梳理了聚合物光纤的光敏性机理, 概述了聚合物光纤光栅制备的刻蚀光源和方法; 其次根据聚合物光纤的组成材料, 概述了多种聚合物光纤光栅的制备进展和性能指标, 包括聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物TOPAS、透明无定物氟聚合物CYTOP和聚碳酸酯。总之, 目前聚甲基丙烯酸甲酯聚合物光纤光栅的研究占主导, 而基于新型材料的聚合物光纤光栅因自身独特的优势也逐渐受到重视。
光栅 聚合物光纤 光敏机制 光纤布喇格光栅 长周期光栅 gratings polymer optical fibers photosensitive mechanism optical fiber Bragg grating long period grating
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 信息光子学研究室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 西北大学 物理系, 西安 710069
基于荧光强度比值法, 设计了一种使用两种荧光染料的光纤温度传感器.实验中, 罗丹明B和罗丹明110分别为对温度敏感和对温度不敏感的荧光传感物质, 利用聚合物光纤来传导激发光及接收荧光.由于两种染料的荧光谱峰相距60 nm, 因此容易将二者对应的荧光谱分开.通过确定能代表两种染料的最优荧光光谱范围, 获得具有良好线性度的温度-荧光强度标定曲线.实验研究了不同浓度的荧光染料对标定曲线的影响, 当染料浓度为0.3 g/L时, 可获得0.28℃的最小均方误差及0.0128/℃的灵敏度.此外, 该传感器还具备一定的抗光源扰动和抗荧光染料漂白的能力.
荧光强度比值 聚合物光纤 双荧光 温度传感器 荧光基团浓度 Fluorescence intensity ratio Polymer optical fiber Dual-fluorescence Temperature sensor Concentrations of fluorophore
华南理工大学理学院 物理系, 广东 广州510641
为了拓展染料掺杂聚合物光纤的应用范围, 利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体合成了掺有Coumarin 540和Rhodamine 6G两种激光染料的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物玻璃棒, 并将其拉制成直径约1 000 μm的聚合物光纤。以市售LED灯为光源, 在侧向照明和前端照明两种条件下分别研究了染料掺杂的聚合物光纤中染料的荧光、荧光传输损耗以及光纤的光谱下转换等性质。两种染料的Stokes波长红移幅度分别达到70 nm和50 nm。在掺杂浓度分别为0.01 mg/g 和 0.04 mg/g时, 侧向照明条件下测得两种光纤分别对520 nm和577 nm的荧光的传输损耗为0.336 cm-1和0.343 cm-1。在前端照明条件下, 在光纤输出端获得了较高下转换效率的光谱输出, 其转换效率与染料掺杂浓度和光纤长度有关。这种染料掺杂的聚合物光纤有可能与石英玻璃光纤耦合, 对其所传输的光进行光谱下转换的光频调控以更好地满足不同的应用需求。
荧光 吸收 光谱下转换 染料掺杂 聚合物光纤 fluorescence absorption spectral down-conversion dye-doped polymer optical fiber
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室， 陕西 西安 710119
2 四川汇源塑料光纤有限公司塑料光纤制备与应用国家地方联合工程实验室， 四川 成都 611230
探索了新型聚合物传像光纤的制备方法。阐述了传像光纤中的光线传输理论及光纤设计理论，为传像光纤的研制提供理论指导。借助聚合物微结构光纤制作技术，在正六边形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构光纤预制棒的孔洞内填充高折射率的聚苯乙烯(PS)纤维，形成一次预制棒，热拉伸后熔并再拉伸，研制出直径为0.22 mm，单丝直径为3 μm的超高分辨率传像光纤。经过测试，该传像光纤可以分辨10 μm的微刻度。探索用直径为0.25 mm的特制PMMA芯/氟塑料包层光纤经过一步排列堆积制作传像光纤预制棒，拉伸制成直径为2 mm，7200 pixel，单丝直径为20 μm的传像光纤。实验发现，吸附于光纤表面的灰尘对传像光纤的结构和图像质量有严重影响。
光纤光学 聚合物光纤 传像光纤 微结构光纤 制备
1 西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
为了拓展微结构聚合物光纤(MPOF)在化学传感领域内的应用研究以及对MPOF孔道内壁功能化修饰技术的深入研究, 首先对36孔的MPOF孔道内壁进行酸催化水解处理, 随后采用化学键合的方式将荧光探针曙红通过偶联剂负载于MPOF孔道内壁, 从而制成用于pH值测定的传感探头。该传感探头被修饰后的多个孔道可以容纳微量的待测溶液, 待测物与孔道内壁的荧光探针作用后, 光信号将可以沿光纤传输, 并被检测。整个化学反应的传感过程是在孔道内进行的, 传导的光束能够和敏感材料相重叠, 利于微量分析同时避免了对敏感膜的损坏。实验结果显示pH值在2.0～4.4范围内与荧光强度呈线性关系, 该传感探头的重现性良好, 并且采用此修饰方法制备的MPOF传感探头对于荧光探针的固定性比较好, 无明显泄漏。
微结构聚合物光纤 共价交联法 pH传感 microstructured polymer optical fiber covalence cross linking pH probe
