紫外光刻的光能分布对光纤光栅刻写的影响分析及实验研究
开题报告
1 研究背景
光纤激光器作为第三代激光器，以其散热性能好、转换效率高、抽运阈值低、可调谐范围宽、光束质量好等显著优势，受到广泛的关注，得到了飞速的发展。光纤激光器的应用非常广泛，包括光通信、汽车制造工业、金属非金属切割∕钻孔∕焊接、 工业造船、工艺雕刻、激光打标、激光切割、医疗器械仪器设备、大型基础建设等。发展高功率光纤激光器，涉及到几项关键技术：特种光纤技术，包层耦合技术，光纤光栅技术，半导体泵浦激光器技术，光纤激光器整机技术。本文要研究的是光纤光栅技术。高功率光纤光栅作为光学谐振腔在光纤激光器中具有谐振放大和滤波选频的作用,对光纤激光器的全光纤化具有极其重要的意义,因此得到了极大的关注。利用光纤光栅的窄带滤波可以实现稳定、高功率的线性腔和环形腔激光输出。要实现光纤激光器的高功率输出，则作为其光学谐振腔的光纤光栅必须能够承受足够大的功率、具有极小的传输损耗并且具有合适的折射率调制深度。
光纤光栅刻写的方法有很多，主要的光刻方法是CO2激光写入法、飞秒激光写入法和紫外光写入法。CO2激光写入法是通过 CO2激光脉冲周期性加热光纤造成残余应力释放或者物理变形引起折射率调制从而形成光纤光栅。在光栅刻写过程中，高温破坏了光纤的包层和纤芯，破坏了全反射的条件，传输损耗比较大，因此CO2激光写入的光纤光栅只能传输低功率激光，而不能作为光纤激光器的谐振腔使用。飞秒激光写入法利用近红外或紫外飞秒激光直接诱导折射率改变从而制备光纤光栅。飞秒激光写入光栅时，会在包层和纤芯中形成微小的空腔，损坏了包层和纤芯的完整性，激光照射到这些空腔时传输方向会发生偏折，造成较大的传输损耗，造成光纤光栅局部发热，可能会导致光栅或者其他器件烧毁。因此该法刻写的光纤光栅无法传输高功率激光。紫外光写入法是最早出现的方法，利用光纤材料在紫外光下的光敏性，在纤芯内形成折射率的周期性调制，从而写入光纤光栅。紫外光写入法引起的折射率调制十分均匀并且主要分布在纤芯中；同时该方法不会破坏光纤包层，光纤光栅传输损耗极小，能够用来传输高功率激光。同时，紫外激光器成本较低，相比之下，飞秒激光器和CO2激光器价格昂贵。因此本课题选择244nm准分子紫外激光器作为高功率光纤光栅的刻写光源。
在紫外光写入法中，相位掩模法由于其刻写工艺简单、重复性好和成品率高等诸多优点成为高功率光纤光栅刻写使用最为广泛的一种方法。该方法将紫外光入射到0级抑制的相位掩模上，利用plusmn;1级衍射条纹干涉形成的周期条纹对具有光敏性的光纤进行曝光，从而写入光纤光栅。在刻写过程中，引起光栅折射率调制深度不足的原因有三种，分别是：紫外光路中反射镜上紫外膜破损、光纤光栅夹持装置中残余应力引起的光纤抖动、紫外光能分布的变化。本课题要研究的就是紫外光能分布对光纤光栅刻写的影响，紫外光的光能分布会直接影响刻写干涉条纹的空间分布情况，从而影响折射率的改变，最终影响到光纤光栅的刻写质量。若紫外光光能分布不均匀，形成的干涉条纹能量比较分散，会引起光纤光栅的复写，改变折射率调制的深度，影响光纤光栅的性能。因此，找到紫外光最佳光能分布对刻写高性能光纤光栅具有重要意义，是光纤光栅刻写的关键。本课题要研究的是紫外光刻的光能分布对光纤光栅刻写的影响，通过搭建紫外光能探测系统，在不同光能分布下刻写光纤光栅，分析不同光能对光纤光栅刻写的影响，最终得到最优光能分布。
2 国内外发展现状
目前，光纤光栅的光刻写法主要有三种：紫外光写入法、CO2激光器写入法和飞秒激光写入法。
（1） 飞秒激光写入法
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
