聚合物光纤光栅的飞秒激光制备技术研究

聚合物光纤光栅（POFG）具有耐腐蚀性和可挠性好、抗电磁干扰、波长可调谐范围大、温度和应力响应灵敏度高等优点，是地下勘探、油页岩开采、海上作业等苛刻环境工作的理想传感器，但常用的光纤敏化紫外写入机制制备的POFG存在光栅结构长期工作稳定性差、反射率和光谱特性等关键参数难以精确设计和控制等瓶颈，为此，本项目提出飞秒激光位相掩模和直写技术解决这些问题。具体探索飞秒激光与聚合物材料超快动态非线性相互作用的固相反应规律和相变问题，利用固态相变诱导永久性折射率变化得到稳定周期性折射率分布；利用飞秒激光"冷加工"和作用区高度局域化的特点，实现光栅结构和性能的设计和可控制备。通过以上研究，掌握飞秒激光制备POFG的关键技术，获得性能稳定、波长调谐范围超过300nm、反射率大于90%的高性能POFG，为其广泛传感应用奠定基础。

聚合物光纤光栅（POFG）具有耐腐蚀性和可挠性好、抗电磁干扰、波长可调谐范围大、温度和应力响应灵敏度高等优点，是地下勘探、油页岩开采、海上作业等苛刻环境工作的理想传感器，但常用的光纤敏化紫外写入机制制备的POFG存在光栅结构长期工作稳定性差、反射率和光谱特性等关键参数难以精确设计和控制等瓶颈。本项目深入研究飞秒激光与聚合物材料超快动态非线性相互作用的固相反应规律和相变问题，澄清飞秒激光与聚合物的作用是一个双光子过程；掌握利用飞秒曝光实现聚合物物性靶向控制和器件几何形状裁剪的关键技术，用位相相干和直写两种主要方法制备具有永久折变的长周期和布喇格光栅结构，解决紫外写入POFG稳定性差和性能调控难等关键问题；在商用掺氟光纤中，实现性能稳定、波长可大范围调节的高性能聚合物光纤光栅结构的写入，为其广泛传感应用奠定技术基础。另外，采用提拉法和激光双光子聚合等技术，分别制备了PMMA聚合物微米光纤和SU8微米光纤；结合聚合物PDMS材料制备出长周期光纤光栅和高灵敏S锥压力传感器。发表相关SCI论文15篇，EI论文1篇；申请发明专利3项；培养博士毕业生2名，硕士毕业生4名。