取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光的獲取及測試方法與流程

本發(fā)明涉及光纖領(lǐng)域，具體是發(fā)明一種取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光的獲取及測試方法。

背景技術(shù)：

自1968年Letokhov理論上提出隨機(jī)激光以來，基于光的多重散射和受激輻射形成隨機(jī)共振腔，隨機(jī)激光就在多種增益介質(zhì)無序摻雜的聚合物光纖中出現(xiàn)。目前為止，偏振隨機(jī)激光有三種實現(xiàn)形式：各向異性散射、各向異性吸收和各向異性光波導(dǎo)。對于傳統(tǒng)的隨機(jī)激光，為了實現(xiàn)偏振隨機(jī)激光的發(fā)射，需要在隨機(jī)介質(zhì)中摻入各向異性成分，具有各向異性吸收的激光染料還有外加電場下是向列型液晶。T.Zhai 等人已經(jīng)報道說，通過拉伸帶有羅丹明6G有機(jī)染料和銀納米線的柔性襯底，可以把隨機(jī)激光的偏振狀態(tài)從隨機(jī)偏振變成部分偏振。S. Knitter 等人研究了遠(yuǎn)場樣品的隨機(jī)激光頻率相關(guān)發(fā)射偏振，還有各向異性泵浦對于正交偏振的影響特性。Y.Gao 等人研究發(fā)現(xiàn)，在一個具有多個密集納米棒狀孔的圓柱形諧振腔內(nèi)受激發(fā)射偏振度很高。F. Yao 等人提出了對于染料摻雜的向列型液晶中隨機(jī)激光發(fā)射測定偏振的研究。

使用Teflon法或者共擠壓過程法等可以很容易的大規(guī)模生產(chǎn)聚合物光纖。最近的報道稱，為了獲得低閾值、取向性的隨機(jī)激光，利用一維結(jié)構(gòu)去限制傳統(tǒng)隨機(jī)激光系統(tǒng)的激光性質(zhì)。由于聚合物光纖的低成本和機(jī)械的靈活性、易于制備、大數(shù)值孔徑，它的應(yīng)用有短途光纖通信、光纖傳感器、放大器、照明器件、聚合物光纖放大器和激光器。我們就使用Teflon法先制備聚合物預(yù)制棒，纖芯分別摻雜有三種摻雜物：第一種是只摻雜PM597染料，第二種摻雜POSS納米顆粒和PM597染料，第三種摻雜Au納米顆粒和PM597染料?？刂谱罡邷囟壬缘陀诰酆衔镱A(yù)制棒的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度給預(yù)制棒緩慢加熱，預(yù)制棒底端軟化后利用牽拉裝置拉制出具有一定取向的聚合物光纖，獲得三種摻雜物的取向的聚合物光纖。所以，隨機(jī)聚合物激光的偏振發(fā)射是我們的研究重點?；诟飨虍愋圆▽?dǎo)設(shè)計，可以在聚合物光纖中獲得偏振隨機(jī)激光。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光的獲取及測試方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光的獲取及測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）獲取聚合物光纖

首先利用Teflon 法，將甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的共聚物先制作成空芯聚合物預(yù)制棒，甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為66%-88%和11%-33%；

再把構(gòu)成纖芯的甲基丙烯酸甲酯和甲酯丙烯酸芐酯、摻雜物按各自重量百分比注入到空芯聚合物預(yù)制棒中，甲基丙烯酸甲酯和甲酯丙烯酸芐酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是70%-80%和15%-30%，摻雜物有三種選擇，第一種是長程無序聚合物光纖，摻雜0.1wt.%-0.2wt.% PM597，第二種是短程聚合物光纖，摻雜15wt.%-30wt%的POSS納米顆粒和0.1wt.%-0.2wt.% PM597，第三種是等離子體聚合物光纖，摻雜0.01wt.%-0.2wt.%金納米顆粒和0.1wt.%-0.2wt.% PM597；熱固化之后得到不同摻雜的增益聚合物光纖預(yù)制棒，不同摻雜的增益聚合物光纖預(yù)制棒在拉絲塔下被拉制成三種不同摻雜的具有取向的無序聚合物光纖；

（2）獲取偏振隨機(jī)激光并測試其偏振性

依次擺放泵浦激光器、格蘭鏡組、凸透鏡一、聚合物光纖、濾波片、凸透鏡二、偏振片、光纖，光纖另一端連接光譜儀，光譜儀與計算機(jī)連接；泵浦激光器發(fā)射泵浦激光，格蘭鏡組控制泵浦激光的強(qiáng)度和偏振方向，凸透鏡一匯聚泵浦激光去泵浦聚合物光纖樣品，得到混合激光；

混合激光通過濾波片把殘留泵浦激光濾除，發(fā)射激光通過凸透鏡二匯聚，再用偏振片測量偏振性，激光通過光譜儀轉(zhuǎn)換成光譜圖像，通過轉(zhuǎn)動偏振片來改變角度，每轉(zhuǎn)動15°記錄一次光譜，用計算機(jī)記錄結(jié)果，然后再分析記錄的隨機(jī)激光的強(qiáng)度確定偏振情況。

所述的取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光的獲取及測試方法，其特征在于，所述泵浦激光器采用參數(shù)為532 nm, 16 ns, 10Hz的Nd:YAG 激光器。

本發(fā)明的原理是：

本發(fā)明結(jié)合光纖波導(dǎo)對隨機(jī)激光的一維束縛作用和拉制光纖時的取向作用兩者優(yōu)勢，利用Teflon 法制作纖芯不同摻雜的增益聚合物光纖預(yù)制棒，再利用拉絲機(jī)的拉力，拉制成不同摻雜的具有一定取向的聚合物光纖。這種聚合物光纖就可以得到偏振隨機(jī)激光。并且在一定的條件下，可以改變這種偏振狀態(tài)。

摻雜的聚合物光纖，在用Teflon 法制作拉制的過程中，使得聚合物光纖就具有了一定的取向，對于這種光纖，可以獲得具有偏振效應(yīng)的隨機(jī)激光的發(fā)射，并且這種偏振激光發(fā)射在實際應(yīng)用中起重要作用。

測量不同長度的偏振聚合物光纖，觀察其保偏特性，發(fā)現(xiàn)對于不同長度的取向聚合物光纖，偏振隨機(jī)激光可以得到保持。但是隨著光纖長度的增加，隨機(jī)激光偏振度會改變。散射平均自由程減小可以使隨機(jī)激光的保偏特性降低，這為設(shè)計一種恰當(dāng)?shù)臒o序聚合物光纖去保持隨機(jī)激光開辟了新的道路。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明通過設(shè)計取向的無序聚合物光纖的散射平均自由程和長度，實現(xiàn)對偏振隨機(jī)激光發(fā)射的控制。

附圖說明

圖1是與本發(fā)明實施例一致的取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光實驗略圖。

圖2是與本發(fā)明實施例一致的三種不同摻雜物的聚合物光纖的熒光偏振圖。

圖3是與本發(fā)明實施例一致的PM597摻雜物的聚合物光纖在不同泵浦能量下的發(fā)射光譜圖以及對應(yīng)閾值。

圖4是與本發(fā)明實施例一致的POSS納米顆粒摻雜的聚合物光纖在不同泵浦能量下的發(fā)射光譜圖以及對應(yīng)閾值。

圖5是與本發(fā)明實施例一致的金納米顆粒摻雜的聚合物光纖在不同泵浦能量下的發(fā)射光譜圖以及對應(yīng)閾值。

圖6是與本發(fā)明實施例一致的PM597摻雜的聚合物光纖在不同長度時的隨機(jī)激光偏振圖。

圖7是與本發(fā)明實施例一致的POSS納米顆粒摻雜的聚合物光纖在不同長度時的隨機(jī)激光偏振圖。

圖8是與本發(fā)明實施例一致的金納米顆粒摻雜的聚合物光纖在不同長度時的隨機(jī)激光偏振圖。

具體實施方式

如圖1、2所示，取向的聚合物光纖偏振隨機(jī)激光的獲取及測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）獲取聚合物光纖

首先利用Teflon 法，將甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的共聚物先制作成空芯聚合物預(yù)制棒，甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為66%-88%和11%-33%；

再把構(gòu)成纖芯的甲基丙烯酸甲酯和甲酯丙烯酸芐酯、摻雜物按各自重量百分比注入到空芯聚合物預(yù)制棒中，甲基丙烯酸甲酯和甲酯丙烯酸芐酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是70%-80%和15%-30%，摻雜物有三種選擇，第一種是長程無序聚合物光纖，摻雜0.1wt.%-0.2wt.% PM597，第二種是短程聚合物光纖，摻雜15wt.%-30wt%的POSS納米顆粒和0.1wt.%-0.2wt.% PM597，第三種是等離子體聚合物光纖，摻雜0.01wt.%-0.2wt.%金納米顆粒和0.1wt.%-0.2wt.% PM597；熱固化之后得到不同摻雜的增益聚合物光纖預(yù)制棒，不同摻雜的增益聚合物光纖預(yù)制棒在拉絲塔下被拉制成三種不同摻雜的具有取向的無序聚合物光纖；

（2）獲取偏振隨機(jī)激光并測試其偏振性

依次擺放泵浦激光器1、格蘭鏡組2、凸透鏡一3、聚合物光纖4、濾波片5、凸透鏡二6、偏振片7、光纖8，光纖8另一端連接光譜儀9，光譜儀9與計算機(jī)10連接；泵浦激光器發(fā)射泵浦激光，格蘭鏡組控制泵浦激光的強(qiáng)度和偏振方向，凸透鏡一匯聚泵浦激光去泵浦聚合物光纖樣品，得到混合激光；

混合激光通過濾波片把殘留泵浦激光濾除，發(fā)射激光通過凸透鏡二匯聚，再用偏振片測量偏振性，激光通過光譜儀轉(zhuǎn)換成光譜圖像，通過轉(zhuǎn)動偏振片來改變角度，每轉(zhuǎn)動15°記錄一次光譜，用計算機(jī)記錄結(jié)果，然后再分析記錄的隨機(jī)激光的強(qiáng)度確定偏振情況。

泵浦激光器采用參數(shù)為532 nm, 16 ns, 10Hz的Nd:YAG 激光器。

本發(fā)明結(jié)合光纖波導(dǎo)對隨機(jī)激光的一維束縛作用和拉制光纖時的取向作用兩者優(yōu)勢，利用Teflon 法制作纖芯不同摻雜的增益聚合物光纖預(yù)制棒，預(yù)制棒放在拉絲塔上從室溫加熱到210℃左右，保持溫度大約2分鐘待預(yù)制棒底端軟化后利用牽拉裝置拉制，在拉制的過程中控制拉制的速度，拉力的牽扯作用使得拉出的聚合物光纖具有一定的取向，獲得三種摻雜物的取向的聚合物光纖。

對于制備好的聚合物光纖，進(jìn)行偏振的測試，偏振隨機(jī)激光實驗略圖見圖1。圖2是三種聚合物光纖的熒光強(qiáng)度跟角度的關(guān)系圖。實驗時，把圖1中的泵浦激光器換成532納米的連續(xù)激光器。熒光偏振程度PF = (I_max ? I_min)/(I_max + I_min), I_max是熒光最強(qiáng)的強(qiáng)度，I_min是熒光最弱的強(qiáng)度。通過圖2可以計算出，只摻雜PM597激光染料的聚合物光纖，熒光偏振程度PF=0.16；摻雜POSS納米顆粒和PM597的光纖，熒光偏振程度是0.25；摻雜金納米顆粒和PM597的光纖，熒光偏振程度是0.04?？梢钥闯鰺晒馄癯潭缺容^小，也就是說，激光染料PM597在光纖中的朝向是隨機(jī)的。在圖2中我們還可以看出來，熒光最強(qiáng)和最弱對應(yīng)的角度θ是不一樣的，這是因為小部分的激光染料的取向是不一樣的。

圖3（a）是只摻雜PM597的聚合物光纖在不同泵浦能量下的隨機(jī)激光光譜圖，（b）只摻雜PM597的聚合物光纖的閾值，大小為37微焦。圖4（a）摻雜POSS納米顆粒和PM597的聚合物光纖在不同泵浦能量下的隨機(jī)激光光譜圖，其閾值如圖4（b）所示為117微焦.圖5（a）是摻雜金納米顆粒和PM597的聚合物光纖在不同泵浦能量下的隨機(jī)激光光譜圖，閾值是56微焦如圖5（b），其閾值介于其他兩種聚合物光纖的閾值之間。圖5（a）可以看出，在泵浦能量為385微焦時，金納米顆粒摻雜的聚合物光纖的隨機(jī)激光主峰位置是577.4納米，半峰寬是0.6納米，這相對于只摻雜PM597染料的聚合物光纖來說藍(lán)移了6.8納米，相對于摻雜POSS納米顆粒的聚合物光纖來說紅移了11.9納米。這說明金納米顆粒摻雜的聚合物光纖的散射自由程介于其他兩種光纖之間。

圖6是只摻雜PM597的聚合物光纖的激光偏振圖。圖7是摻雜POSS納米顆粒和PM597的聚合物光纖的激光偏振圖。圖8是摻雜金納米顆粒和PM597的聚合物光纖的激光偏振圖。取不同長度的光纖進(jìn)行隨機(jī)激光偏振的測試。隨機(jī)激光偏振度RLF= (I_max ?I_min)/I_max+I_min)。I_max是隨機(jī)激光最大強(qiáng)度，I_min是隨機(jī)激光最小的強(qiáng)度。計算的得到圖6中1.5cm、3cm和8cm的聚合物光纖的偏振度分別是0.83、0.75和0.87，偏振度有一些改變。同樣三種長度的金納米顆粒摻雜的聚合物光纖，其偏振度分別是0.94、0.98和0.9，如圖8所示具有高偏振特性。然而對于三種長度的POSS納米顆粒摻雜的聚合物光纖，其偏振度分別是0.98、0.94和0.72，隨著聚合物光纖長度的增加偏振度減小。減小散射平均自由程可以降低隨機(jī)激光的保偏性，這為通過設(shè)計一個合適的無序摻雜聚合物光纖保持隨機(jī)激光鋪平了道路。