本發(fā)明涉及光纖領域，具體是一種在線控制聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的方法。

背景技術：

隨機激光不同于傳統(tǒng)的激光，在無序光增益介質中光的多重散射實現(xiàn)光反饋。自從Letokhov在理論上提出隨機激光以來，隨機激光就被廣泛的研究并且應用。為了提高隨機激光的效率和控制隨機激光的方向，人們利用光纖的一維束縛作用得到高效率、低閾值以及有方向性的隨機激光，我們成為光纖隨機激光。隨機激光沒有確定的光學諧振腔，這也就導致了發(fā)射光譜的不可預知性。所以，控制隨機激光也相應的成為了一個難題。而本發(fā)明就是發(fā)明了一種在線控制聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的方法。

聚合物光纖由于它的靈活性、低成本、易處理、有機材料和大數(shù)值孔徑受到了很多的關注。它們已經(jīng)被應用在各種各樣的領域，例如短距離光通信、光纖傳感器和照明設備。隨著聚合物光纖的發(fā)展，據(jù)報道，在有源聚合物光纖放大器和激光器領域已經(jīng)做了大量研究。

另外，聚合物光纖具備一個重要性質：聚合物具有大的負熱光系數(shù)，即隨著溫度T的升高，聚合物折射率n變小。隨機激光發(fā)射波長跟散射平均自由程l_s有關系，然而l_s受材料折射率n的影響，所以我們就可以通過改變溫度很容易的在負熱系數(shù)的材料上控制隨機激光發(fā)射波長。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種實時控制聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的方法，獲取不同波長的聚合物光纖隨機激光。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：

一種在線控制聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)獲取聚合物光纖

a)制作空芯聚合物預制棒

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制棒，甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯的質量分數(shù)分別為66％-88％和11％-33％；

b)調配構成纖芯的物料

構成纖芯的物料包括有甲基丙烯酸甲酯、甲酯丙烯酸芐酯和摻雜的雜質，甲基丙烯酸甲酯和甲酯丙烯酸芐酯的質量分數(shù)分別是70％-90％和10％-30％；

第一種聚合物光纖PMPOF，纖芯中摻雜的雜質為PM597染料，PM597染料的質量分數(shù)是0.1wt.％-0.2wt.％；

第二種聚合物光纖FePOF，纖芯中摻雜的雜質為PM597染料和Fe₃O₄/SiO₂納米顆粒，PM597染料和Fe₃O₄/SiO₂納米顆粒的質量分數(shù)分別是0.1wt.％-0.2wt.％和1.0wt.％-3.0wt.％；

第三種聚合物光纖POPOF，纖芯中摻雜的雜質為PM597染料和POSS納米顆粒，PM597染料和POSS納米顆粒的質量分數(shù)分別是0.1wt.％-0.2wt.％和22.0wt.％-24.0wt.％；

c)把纖芯注入到空芯聚合物預制棒中

把纖芯注入到空芯聚合物預制棒中，熱固化之后得到不同的聚合物光纖預制棒，不同的聚合物光纖預制棒在拉絲塔下被拉制成三種不同的聚合物光纖；

(2)聚合物光纖隨機激光測試及溫控發(fā)射波長

a)測試聚合物光纖隨機激光，將泵浦激光器作為泵浦光源，所發(fā)射泵浦激光通過控制其能量和偏振方向的格蘭鏡組，再通過10cm焦距的凸透鏡耦合入聚合物光纖樣品，用三維調節(jié)架調節(jié)樣品位置使得泵浦激光最優(yōu)耦合進入樣品，用560nm以上的濾波片過濾掉殘留泵浦光源，使用光纖光譜儀(QE65PRO，Ocean Optics，分辨率～0.4nm，積分時間100ms)接收聚合物光纖發(fā)出的隨機激光，光纖探頭固定在三維調節(jié)架上，調節(jié)探頭接收最強激光強度；

b)聚合物光纖樣品下面有一個溫度控制裝置，分別選取1cm-5cm的FePOF、POPOF和PMPOF樣品，室溫下測量隨機激光光譜，并增加溫度，檢測不同溫度下的光譜對比說明溫度對隨機激光波長的影響。

本發(fā)明的原理是：

本發(fā)明第一次實現(xiàn)了在線溫控聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長，這種在線溫控的實現(xiàn)，主要是利用了聚合物光纖的聚合物具有大的負熱光系數(shù)這一性質，即隨著溫度T的升高，聚合物折射率n變小；隨機激光發(fā)射波長跟散射平均自由程l_s有關系，然而l_s受材料折射率n的影響，所以我們就可以通過改變溫度很容易的在負熱系數(shù)的材料上控制隨機激光發(fā)射波長。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的方法在實時溫控聚合物光纖隨機激光波長實驗中可多次重復，在隨機激光的控制方面將具有重要意義。

附圖說明

圖1是與本發(fā)明實施例一致的納米顆粒摻雜的聚合物光纖制備過程圖。

圖2是與本發(fā)明實施例一致的POPOF的纖芯折射率隨溫度變化的關系圖。

圖3(a)是與本發(fā)明實施例一致的不同溫度下FePOF隨機激光發(fā)射光譜圖，插圖為溫度與隨機激光主峰波長關系圖。

圖3(b)是與本發(fā)明實施例一致的對同一樣品進行三次實驗所測得的溫度與激光波長關系圖。

圖4(a)是與本發(fā)明實施例一致的不同溫度下POPOF隨機激光發(fā)射光譜圖，插圖為溫度與隨機激光主峰波長關系圖。

圖4(b)是與本發(fā)明實施例一致的對同一樣品進行三次實驗所測得的溫度與激光波長關系圖。

圖5(a)是與本發(fā)明實施例一致的不同溫度下PMPOF隨機激光發(fā)射光譜圖，插圖為溫度與隨機激光主峰波長關系圖。

圖5(b)是與本發(fā)明實施例一致的對同一樣品進行三次實驗所測得的溫度與激光波長關系圖。

具體實施方式

實驗獲得溫度跟隨機激光發(fā)射波長的關系

選用聚合物光纖樣品實現(xiàn)在線控制隨機激光發(fā)射波長，就是利用了聚合物光纖有大的熱光系數(shù)這個性質。聚合物光纖在不同的溫度下，其折射率也會發(fā)生改變，兩者的具體關系我們通過實驗來測量得出，我們以POPOF為例進行試驗說明。

如圖2是POPOF纖芯折射率隨溫度變化的關系圖。從圖中可以看出纖芯折射率跟溫度并不是線性關系，而是在50℃時發(fā)生突變，折射率隨溫度的增加減小的更快。兩者關系我們可以用下式表示：

25℃時纖芯折射率為1.4931，而100℃時的折射率是1.4722，溫度升高到75℃折射率減小了0.0209。

在散射體系中，散射平均自由程可以表示為：

其中，λ是隨機激光發(fā)射波長，d是散射體的直徑，f是填充系數(shù)(r散射體的半徑，ρ是散射體的密度)，n是光纖纖芯折射率。具有小的散射平均自由程的聚合物光纖，相對于具有大的散射平均自由程的聚合物光纖發(fā)射的隨機激光波長會發(fā)生藍移現(xiàn)象。從公式(1.2)我們可以看出，纖芯折射率的改變會影響散射平均自由程的大小，公式(1.1)顯示溫度會改變纖芯折射率，綜合起來可以得出，溫度可以改變散射平均自由程，而散射平均自由程與隨機激光的發(fā)射波長有關，所有可以實現(xiàn)溫度在線控制隨機激光發(fā)射波長。

實施例一 以FePOF為實驗樣本

1.實驗測量溫控隨機激光波長

理論上溫度可以在線控制聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長，為了進一步驗證這一理論，從實驗上測量不同溫度下聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長。

如圖3(a)是實驗測得樣品FePOF在不同溫度下隨機激光發(fā)射光譜圖，激光泵浦能量為0.465mJ可以明顯看出不同溫度下光譜圖發(fā)生了移動，并且隨著溫度的升高，隨機激光發(fā)射光譜發(fā)生了紅移現(xiàn)象。如圖3(a)插圖，為了定量的去分析這種紅移現(xiàn)象，我們作了溫度跟主峰波長的關系圖。25℃時主峰波長是573.7nm，當溫度升高到70℃時，主峰波長變?yōu)?92.2nm。隨著溫度的升高主峰波長在逐漸變大，而且明顯的兩者之間并不是線性關系，從圖中可以看出大約在50℃以后主峰波長隨溫度的升高變大的也更快了。

2.樣品可循環(huán)性實驗

實驗是否具有可重復性至關重要。所以為了證明實驗的可重復性，如圖3(b)，使用同一個FePOF樣品多次重復做了在線溫控聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的實驗。顯然，隨著溫度的升高激光波峰整體發(fā)生紅移，同一FePOF樣品的三次實驗都會出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。實驗結果顯示，F(xiàn)ePOF樣品可重復使用，且實驗結果都說明溫度可以在線控制激光發(fā)射波長。

實施例二 以POPOF為實驗樣本

1.實驗測量溫控隨機激光波長

如圖4(a)是實驗測得樣品POPOF在不同溫度下隨機激光發(fā)射光譜圖，實驗結果顯示，激光泵浦能量為0.466mJ時，實驗測得從25℃到70℃的6個不同溫度下的激光光譜，這六個光譜都不一樣，隨著溫度的升高，激光光譜發(fā)生了紅移。如圖4(a)插圖，為了定量的去分析這種紅移現(xiàn)象，作了溫度跟主峰波長的關系圖。25℃、35℃、45℃、55℃、65℃和70℃對應的主峰波長分別是568.2nm、568.5nm、571.0nm、578.5nm、582.4nm和586.1nm。主峰波長從568.2nm紅移到586.1nm，發(fā)生了很大紅移。

2.樣品可循環(huán)性實驗

如圖4(b)，使用同一個POPOF樣品多次重復做了在線溫控聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的實驗。顯的看出，隨著溫度的升高激光波峰整體發(fā)生紅移，同一POPOF樣品的三次實驗都會出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。實驗結果顯示，POPOF樣品可重復使用，且實驗結果都說明了溫度可以在線控制激光發(fā)射波長。

實施例三 以PMPOF為實驗樣本

1.實驗測量溫控隨機激光波長

對只摻雜PM597染料的PMPOF樣品測試，測試結果如圖5(a)所示。圖5(a)是不同溫度下的激光發(fā)射光譜圖，激光泵浦能量是0.428mJ。如圖5(a)插圖所示，不同溫度下隨機激光光譜不同，隨著溫度的升高發(fā)生了紅移。圖中顯示激光主峰波長從25℃時的585.2nm紅移到70℃時的597.5nm，紅移12.3nm。

2.樣品可循環(huán)性實驗

如圖5(b)，使用同一個PMPOF樣品多次重復做了在線溫控聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長的實驗。顯然，隨著溫度的升高激光波峰整體發(fā)生紅移，同一PMPOF樣品的三次實驗都出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。實驗結果顯示，PMPOF樣品可重復使用，并且每次實驗結果都說明了溫度可以在線控制激光發(fā)射波長。

綜合對三種不同摻雜的聚合物光纖隨機激光的測量結果，可以看出溫度對隨機激光波長有影響，溫度的升高可以控制隨機激光發(fā)射波長發(fā)生紅移。這是因為溫度升高。聚合物光纖纖芯折射率減小，散射平均自由程l_s增大，l_s越大激光發(fā)射波長就越長。

三種樣品都可以重復使用，并且每次的實驗結果都相似，隨著溫度的升高，聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長整體出現(xiàn)紅移，這再一次證明了溫度可在線控制聚合物光纖隨機激光發(fā)射波長。