一种红敏光致聚合物全息特性的研究

为了研究以丙烯酸和N,N'-亚甲基双丙稀酰胺共同作为单体的厚约180μm的光致聚合物材料的全息特性,采用记录透射型衍射光栅和进行数字全息存储实验的方法,获得了较为理想的实验结果。结果表明,该光致聚合物材料呈现出较高的衍射效率(大于40%)及较高的灵敏度(约0.01cm2/mJ),且衍射效率达最大后趋于稳定,说明所制的样品均匀性很好,在其中所记录的衍射光栅处于较为稳定的状态,未出现过调制现象及明显的噪音光栅。根据该光致聚合物材料的布喇格偏移,得出样品厚度缩皱百分比约为1.7%;并在所制的样品内进行了数字全息存储,再现图像清晰,误码率约为5.3×10-4。说明该光致聚合物适合数字全息存储。     

PQ-PMMA光致聚合物全息存储材料的动态特性

理想的存储材料一直是体全息技术发展的关键.光致聚合物材料具有高灵敏度,高信噪比和制造成本低廉等诸多优点,是高密度全息存储最有希望首先获得突破的材料.PQ-PMMA光聚物以其较低的曝光收缩性和较大的厚度受到了人们的广泛关注,但是人们对其光致聚合机理和全息性能的认识并不充分.分析了材料曝光后内部的光反应过程以及扩散作用对信息的永久存储造成的影响,通过光反应过程建立了适合此类材料的扩散方程.在曝光条件下,PQ分子吸收光子,形成自由基,然后该自由基引发MMA单体形成活性自由基.PQ分子与MMA分子的一对一加成是主要的反应,同时可能有少量的低聚物产生,这是由PQ引发MMA发生的链式反应引起的.通过分析光反应速率,得到了PQ的扩散方程,并将其推广为描述自由单体扩散的一维非局域方程.对该方程进行数值求解较好地描述了光栅的建立过程,通过优化方法得到了材料的主要性能参数如聚合速率,扩散速率和有效链长度等.利用上述方法,得到PQ分子扩散系数的数量级为10-21m2/s,与相关文献的报道一致.由于PO分子在常温下的扩散系数较小,曝光结束后随着放置时间的增长,PO分子的扩散作用将导致材料的光栅轮廓变模糊,折射率调制度下降.采用过曝光方法能够很好地保持存储图像的长期稳定性.在实时探测过程中,首次在光致聚合物中观察到动态自增强效应.光折变材料的动态自增强效应是由于两记录光在材料内部形成光栅,然后挡住其中一束用另一束记录光进行读出.读出的衍射光会发生增强现象.这是由于读出光与其自身的衍射光发生干涉形成的光栅加强了原光栅,使衍射增强.在文中的光致聚合物中,光栅形成机制不同于光折变材料,因此衍射效率自增强也有所不同.当两束记录光进行光栅记录的同时,由于材料的收缩效应使原光栅与光强光栅间产生偏移,相干光会继续消耗单体记录新的光栅,这使得衍射效率曲线先上升达到最大值后下降,并再次出现上升和下降过程,并最终趋于稳态.文中考虑材料在光反应过程中的收缩,利用多光栅叠加的原理对上述实验现象进行了解释.     

绿敏聚乙烯醇/丙烯酰胺体系光致聚合物的配方优化及全息存储特性

采用低分子量成膜剂、补充单体及多种光敏剂,开展了绿敏聚乙烯醇/丙烯酰胺体系光致聚合物的吸收光谱测试、染料浓度及膜层厚度优化研究,获得了高衍射效率及感光灵敏度的绿敏光致聚合物全息记录材料.实验仅需20 mJ/cm2的曝光量即可获得82%的衍射效率,最大衍射效率可达92%以上.测试了该材料的角度选择性,对应的布拉格选择角宽度约为0.57°;开展了角度复用和空间复用全息存储实验,获得了清晰明亮的全息存储样品.     

多成分掺杂甲基丙烯酸基光致聚合物的制备及其体全息存储稳定性的研究

制备了多成分掺杂甲基丙烯酸基光致聚合物,对其全息存储性能进行了实验研究。聚合物样品由SiO2纳米粒子、有机金属化合物ZnMA、菲醌(PQ)、甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸共聚基底(P(MMA-co-MAA))组成。聚合物基底的热致聚合与光敏成分在相干光作用下的光致聚合过程是分开进行的,从而使聚合物材料具有可忽略的收缩性。为了让多种掺杂成分能够均匀的分布于样品中,制备过程采用了振荡混合方法。特殊的制备方法使样品具有可忽略的收缩和良好的光学性能。制备了厚为1 mm的SiO2/ZnMA/PQ/P(MMA-co-MAA)样品,与传统的PQ/PMMA材料进行比较。实验测试了SiO2/ZnMA/PQ/P(MMA-co-MAA)聚合物材料的全息散射损失情况,并定量描述了复用光栅的长期存储稳定性。经过3 300s的暗增长过程后,复用光栅的衍射效率均匀性得到了显著改善。实验结果表明,全息散射并没有因为多种成分的引入而显著增加,而共聚基底P(MMA-co-MAA)能够显著提高全息光栅的存储稳定性。多成分掺杂样品中记录的光栅衰减常数为6.4×104 s,远大于传统PQ/PMMA聚合物中的2×104 s,衰减时间越长,意味着材料中光栅的存储稳定性越好。     

记录角度对光聚物全息存储布拉格偏移的影响

推导了光聚物全息存储布拉格偏移与记录角度的关系公式,数值计算的结果与实验符合很好。结果表明,光聚物全息存储的布拉格偏移与记录角度有比较大的关系,对于倾斜光栅,记录过程中参物光夹角越小,布拉格偏移越大。该结果对光聚物高密度全息存储器光路的设计有参考意义。     

掺入不同粒径Al2O3纳米颗粒的光致聚合物全息特性研究

在丙烯酰胺基光致聚合物材料中,分别掺入几种不同粒径的高分散性Al2O3纳米颗粒,用Ar+Kr+激光器647nm激光对其进行全息曝光,对其全息记录性能进行研究。结果表明,聚合物中掺入Al2O3纳米颗粒后,Al2O3纳米颗粒能够促进聚合物中光化反应的进行,同时用分散剂对Al2O3纳米颗粒的修饰,使Al2O3纳米颗粒的团簇效应降低,增加其单分散性。聚合物经曝光后,有效地形成由纳米颗粒与聚合物单体空间分布的折射率调制光栅,并且在聚合物中组成类"骨架"结构,有效地起到抑制材料的缩皱的作用,使材料的衍射效率和布拉格偏移等光学特性得到很大改善。此外,体系存在一个最优值,当掺入平均粒径约为10nm且同时控制浓度为1.02×10-3 mol/L的Al2O3纳米颗粒时,样品的衍射效率从52.6%提升到93.8%,缩皱率降低到0.8%,布拉格偏移降低到0.04°,极大地提高了材料的全息性能。     

天青Ⅰ敏化的红敏光致聚合物全息存储特性

为寻找一种新型的红敏光致聚合物,用干法处理制备了一种天青Ⅰ敏化的光致聚合物材料,并研究了它的全息存储特性.用He-Ne激光器632.8 nm波长的光对材料进行曝光,通过实验装置测量和相应的公式计算,得到材料的透过率、衍射效率、感光灵敏度以及折射率调制度,发现该材料最大衍射效率达到了66%,材料的最佳厚度为140μm,最大透过率接近80%,最大感光灵敏度为1.5×10-3cm2/mJ,最大折射率调制度为9.7×10-4,将模拟图像存入样品,得到的透射图像与衍射再现图像保真度较高,所有这些结果表明该光致聚合物适合用于高密度全息存储.     

利用剪滞法对包覆光纤布拉格光栅应力传递规律的研究

报道了一种分析包覆光纤布拉格光栅(FBG)传感器应力传递规律的方法。利用剪滞法理论将光纤布拉格光栅和其包覆材料看成一种复合体,从力学角度分析光纤布拉格光栅被包覆后的应力传递规律,得到当光纤布拉格光栅一定时,被包覆光纤布拉格光栅的应力传递系数仅与包覆材料的尺寸和杨氏模量有关。采用三种不同的包覆材料(聚合物、毛细钢管和毛细铜管)对光纤布拉格光栅进行了多个半径的封装,验证包覆光纤布拉格光栅的应力传递系数,实验证明,理论结果和实测数据基本吻合。     

一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

四种光敏剂共敏化光致聚合物的全息性能研究

基于增宽光致聚合物存储材料的感光光谱范围,增大材料存储密度,制备了四种共同敏化的光致聚合物样品,该样品的最大衍射效率在632.8 nm,514.5 12m和448 nm三种波长下分别高达61%,47%和44%,曝光灵敏度分别为1.92×10-3,9.28×10-4和5.63×10-4,折射率调制度分别为4.7×10-4,3.34×10-4和2.93×10-4.将该敏化宽带增宽光致聚合物样品的曝光特性与各光敏剂敏化样品的作对比,发现其衍射效率、曝光灵敏度、折射率调制度等曝光性能有所降低;同时初步研究了不同厚度的共敏化宽带敏感光致聚合物在相同曝光光强下的性能变化,所得结果都为多波长复用及稀疏波长一角度复用提供了可靠的实验依据.     

A Spatial-Distance-Controllable Demultiplexer Using a Chirped Volume Holographic Grating

In this letter, we introduce a demultiplexer with a function of controlling spatial distance based on a chirped volume holographic grating. The chirped grating is recorded by illuminating a photopolymer film under the interference of convergent and divergent beams. The theoretical and experimental results show that the position of the focused points of the diffracted beam at the readout stage depends on the distance between the grating and the output lens. This characteristic can be utilized to control the channel spacing and spatial distance in the dense wavelength-division-multiplexing demultiplexer.     

双体光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

为了研究双体布喇格光栅外腔二极管激光器的衍射特性,采用一块体布喇格光栅与一块横向啁啾体布喇格光栅组成双体布喇格光栅,理论分析了组合前后体布喇格光栅的衍射特性,实验研究了双体布喇格光栅外腔二极管激光器的输出光谱特性。结果表明,在双体布喇格光栅外腔反馈的作用下,可以实现双波长同时输出,通过横向移动横向啁啾体布喇格光栅,可以在保持其中一个中心波长不变的情况下,使另外的一个波长在800nm~815nm的范围内线性调谐。此研究为基于双体布喇格光栅实现双波长输出的大功率二极管激光器提供了实验指导。     

Temperature Compensation for Double Fiber Bragg Grating Sensors

A novel double fiber Bragg grating(FBG) strain sensor configuration is presented. Temperature compensation method is based on double FBG moored on a rhombus frame. Through the theoretical analysis,the relation between relative shift of Bragg wavelength and the strain applied on the sensor is obtained,and the analytical expression of strain sensitivity coefficient is also given. The experiment results show that:in the strain range of 0～0.8 mm,the relation between the relative shift of Bragg wavelength and applied strain is linear,and the dispersion of double FBG wavelength at the range of -25 ℃～60 ℃ is 0～0.002 nm. The strain sensitivity of the displacement sensor configuration is 0.171 nm/με,and is nearly twice than that of single FC sensor.     

一种波分解复用技术的实验研究

文章提出一种基于光折变晶体LiNbO3的波分解复用技术实验研究方法,研究了影响光栅衍射效率的重要因素.实验采用o光写入e光读出,写入光强比为1∶1.通过在同一位置由红光和绿光先后写入光栅(两光栅夹角为0.18°时不会发生串扰),并用耦合光读出,成功地进行了解复用实验.     

Novel Distributed Fiber Bragg Grating Sensing System Based on M-Z Interferometer

One of the problems in using grating sensors is how to measure a small Bragg wavelength shift accurately. Nowadays demodulation techniques are mainly based on the edge filter, tunable filter, or interferometric scanning methods. Interferometric demodulation is widely accepted as the technology which can provide the high sensitivity. An interrogation system using the interferometric scanning method is presented, in which an unbalanced fiber M-Z interferometer is used as the wavelength scanner for temperature measurement. A novel fiber Bragg grating sensor system based on M-Z interferometric demodulation technique is presented in this paper. The temperature sensitivity measured in the experiment is almost consistent with that obtained from the theoretic calculation.     

π相移光纤光栅制作方法的比较研究

介绍了目前最常用的两种制作相移光纤光栅的方法,即分步曝光法(或遮挡法)和相位掩膜板移动法,对比分析了两种方法引入相移的物理机制,并利用传输矩阵法理论模型,数值模拟了两种制作方法下的相移光纤光栅透射谱,并分别进行了分布反馈光纤激光器(DFB-FL)的对比实验。结果表明,分步曝光法制作相移光纤光栅时,相移量与光栅中无曝光段的长度及纤芯折射率调制量均有关,难以精确控制相移量的大小,并且存在偏振模竞争问题;而相位掩膜板移动法通过压电陶瓷直线微动台控制掩膜板和光纤相对位移,在光栅中引入相位变换,可以将相移量控制在0~2π范围之内,更容易实现π相移光栅的制作。     

双掺杂LiNbO3:Fe:RU晶体的全息读出特性

为了解决读出过程中全息数据的擦除问题，研究了新型双掺杂LiNbOa：Fe：Ru晶体的全息读出特性。分析了双中心和单中心记录方案光栅的读出特性，并联立双中心物质方程和耦合波方程进行了模拟计算。结果表明，双中心记录所得到的饱和全息的读出时间常数远低于LiNbO2：Fe：Mn晶体的读出时间常数；单色光记录可以实现有效的全息，且其读出时间常数远大于记录时间常数，表现为准态非挥发读出。分析表明，这可能由于Ru的能级比Mn更靠近Fe，更易被红光激发，从而使得双中心记录所得饱和光栅的存贮持久性降低；单色光记录中红光能够同时充当记录光和抽运光，记录过程中红光能够在Fe上记录光栅并将其转移到Ru上，而在读出过程中则由于Ru能级较深，擦除缓慢。     

基于LSPR的非贵金属纳米薄膜厚度的精确测量

纳米金属薄膜厚度的无损测量是薄膜设计和制备 的关键技术,对非贵金属薄膜厚度 的测量尤为困难。本文首次提出用中红外3.39 μm激光波长并设计棱 镜—匹配液—待测金属 薄膜—玻璃衬底结构来激发长程表面等离子波。计算了长程表面等离子波的衰减全反射和表 面等离子共振吸收峰的半宽度,结果表明长程表面等离子波半宽度只有表面等离波的4.7%, 可以有效提高测量的灵敏度。通过实验测量表明:衰减全反射吸收峰的最小值在10 nm厚 度范围内测量曲线显示了较好的线性,铁薄膜厚度的测量范围为10 －90 nm,测量分辨率可 达到1nm。研究发现通过改变匹配液厚度和折射率,还可以用来测量其它非贵金属薄膜厚度 ,大大拓展了该测量方法应用范围,为非贵金属薄膜厚度的测量提供了一种全新的技术检测 线路。     

基于双光纤光栅的加速度传感探头结构的设计

分布式光纤光栅加速度传感技术对微弱振动测量分析及其故障诊断具有重要的实用价值。采用副载波调频、波分复用技术提出了一种分布式光纤布喇格光栅加速度测量系统,并进行了基于双光纤布喇格光栅的加速度传感探头结构的设计。该传感探头具有尺寸小,质量轻,不受电磁干扰等优点,有较高的测量灵敏度和分辨率,而且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。     

超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究

提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。