【摘 要】
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光纤热扩芯（Thermally Expanded Core,TEC）技术一直以来被广泛应用于光纤信息与通信领域,它的主要特征在于保证光纤外形轮廓不变的情况下,既降低了纤芯与包层之间的折射率差,又增加了有效纤芯直径和模场面积。近年来,TEC技术不仅可有效解决连接不同类型的波导对准问题,还被认为是发展集成化光无源器件的主要途径之一,在超快光纤激光器和光纤传感等应用研究中有一定的潜在价值。本文从TEC技
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光纤热扩芯（Thermally Expanded Core,TEC）技术一直以来被广泛应用于光纤信息与通信领域,它的主要特征在于保证光纤外形轮廓不变的情况下,既降低了纤芯与包层之间的折射率差,又增加了有效纤芯直径和模场面积。近年来,TEC技术不仅可有效解决连接不同类型的波导对准问题,还被认为是发展集成化光无源器件的主要途径之一,在超快光纤激光器和光纤传感等应用研究中有一定的潜在价值。本文从TEC技术原理出发,理论上分析了TEC光纤的模场特性,实验上搭建了TEC光纤的制备平台和质量检测装置,从而制备了高质量TEC光纤并应用于大模场光纤连接器。论文主要内容如下:1.基于TEC技术理论模型,通过经典解析法和显式有限差分法从理论上分析了TEC光纤的模场直径以及耦合损耗特性,并通过有限元法仿真模拟单模光纤热扩芯过程,分析TEC光纤模场特性随加热时间的变化情况,从而为实验上制备TEC光纤提供参考价值。2.通过改造光纤熔融拉锥系统,设计微型火焰测温系统以及带有定制毛细玻璃管的光纤固定平台,制备了高质量普通单模和熊猫型保偏单模TEC光纤。同时,实验上通过测量倒立小型氢氧焰燃烧温度,分析了不同氢氧流量下的火焰温度特性,为TEC光纤的制备过程提供具体的温度条件,从而实现TEC光纤的可控制备。3.基于光纤的基本特性和远场测量原理,分别设计并搭建了光纤纤芯观测平台、光纤发散角测量平台和光纤连接损耗测量平台。实验分析发现,在氢气流量为80SCCM（温度700～800℃）时,对普通单模光纤和熊猫型保偏单模光纤热处理后芯径已发生有效扩散。同时普通单模TEC光纤模场直径、数值孔径和连接损耗特性均与理论计算基本相符,具有高耦合效率、高容差的特点。最后介绍并制作了一种基于FC连接头的新型大模场连接器,可用于解决大模场适配和对准问题或提高光纤输入输出端面光损伤阈值等光学场景中。
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