CN105739011A - 一种二硫化钼长周期光纤光栅及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二硫化钼(MoS2)长周期光纤光栅及其制备方法，先将光纤进行拉锥，并将拉锥之后的微光纤固定在预先制作好的具有长周期光纤光栅栅格的纳米印刷板的背面，采用印刷电子技术将印刷版固定在架子上，在印刷版栅格处涂上MoS2材料，接着利用刮刀反复在栅格处分别按上下左右四个方向将MoS2溶液刮均匀。最后将刷好的MoS2长周期光纤光栅从纳米印刷板上取下，放入烤箱内使MoS2长周期光栅固定在微光纤上。本发明解决了传统制备光纤光栅方法仅仅是对光纤本身进行周期性物理结构改变，不适用于光纤结合特殊材料的光纤光栅的制备的问题。该方法制备出的MoS2长周期光纤光栅可以用于高灵敏度、新颖功能的传感器件设计。

Description

一种二硫化钼长周期光纤光栅及其制备方法
技术领域
本发明属于一种长周期光纤光栅的制备方法，特别是一种基于MoS2材料用印刷电子技术实现长周期光纤光栅的制备，属于光纤光栅制备技术领域。
背景技术
随着光电子器件制作技术的不断发展，光纤光栅已经成为众多最具发展前景的光无源器件之一。它具有抗干扰性强、耐腐蚀、体积小、重量轻、插入损耗小、消光比高等优点，在光纤激光器、光纤放大器、光纤滤波器、光纤传感器和光纤通信系统等方面有广泛用途，特别是在光纤传感领域，长周期光纤光栅的优势尤其突出。由于其周期较大，当满足相位匹配条件时，发生耦合的是纤芯导模和它同向传输的包层模，所以长周期光纤光栅的耦合波长和耦合强度与外界环境比如温度、应变、折射率、弯曲等的变化息息相关，并且均表现出了超高敏感性。除此之外，长周期光纤光栅其低廉的价格以及出色的检测灵敏度都是它作为传感器件广泛应用和大力发展的理由。
二硫化钼(MoS2)作为典型的过渡金属二维(2D)层状化合物，其热稳定性和化学稳定性良好，被广泛应用于固体润滑剂、电极材料和反应催化剂等领域。同时，作为类石墨烯单层过渡金属化合物，MoS2凭借其优秀的光学和电学性质在辅助石墨烯甚至替代石墨烯上有着很好的前景，成为新兴的研究热点。实验研究证明，二硫化钼可以增强光纤的光传输的模场半径，对外界变化表现出超高灵敏度。将光纤光栅与MOS2结合，可以使长周期光纤光栅在更多领域都有实用效果。
传统的长周期光纤光栅的制备方法有：紫外写入法、离子注入法、高频CO2激光器脉冲写入法、电弧放电法、机械微弯法与腐蚀刻槽法等，上述方法或是采用了大型激光器，工序复杂、成本较高、不利于工业化生产；或是采用了HF酸、刻蚀气体等具有腐蚀性化学物质，对人体危害较大，并且腐蚀速率容易受到外界因素影响，不易精确控制。除此之外，以上方法都是在对光纤本身进行周期性物理结构改变，不适用于光纤结合特殊材料的光纤光栅的制备，对拓展光纤光栅的性能产生了一定的限制。该MoS2长周期光纤光栅集MoS2的优良特性与长周期光纤光栅的优势于一体，具有更强的倏逝场，光传输模场半径也更大，因此相比于其他长周期光纤光栅，对外界具有更强的功能性与灵敏度。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种制作方便、成本低廉、且适用于特殊材料光纤光栅的制备方法。
本发明的技术方案：
一种二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其包括以下步骤：先将光纤除去涂覆层放在氢气熔融拉锥机的平台上进行拉锥，并将拉锥之后的微光纤固定在预先制作好的具有长周期光纤光栅栅格的纳米印刷板的背面，然后将印刷版固定在架子上，在印刷版栅格处涂上MoS2材料接着利用刮刀反复在栅格处分别按上下左右四个方向将MoS2溶液刮均匀。最后将刷好的MoS2长周期光纤光栅从纳米印刷板上取下，放入烤箱内使MoS2长周期光栅固定在微光纤上。
按上述方案，所述的光纤为普通通信单模光纤。
按上述方案，所述的拉锥之后的微光纤直径约为10微米，插入损耗低于1dB。
按上述方案，所述的纳米印刷板的精确度为50μm。
按上述方案，所述的纳米印刷板上包含多种不同周期长度和周期个数的长周期光纤光栅模板。
按上述方案，所述的长周期光栅栅格的周期长度与周期个数可以通过使用纳米印刷板上不同的长周期光纤光栅的栅格模板来改变。
按上述方案，所述的微光纤固定在纳米印刷板上长周期光纤光栅栅格中心。
按上述方案，所述的硫化钼溶液为硫化钼粉末与纤维素溶液混合之后经过搅拌、超声之后制成。其中硫化钼粉末：纤维素粉末：水的质量比在0.1:1:50-0.6:8:145之间。
按上述方案，烤箱预设温度范围为90-120℃，烘烤45-70分钟。
上述的制备方法制备的二硫化钼(MoS2)长周期光纤光栅。
本发明的有益效果是：1、MoS2长周期光纤光栅采用MoS2材料与长周期光纤光栅相结合，其光学性质好、化学性能稳定、设计灵活、稳定性好、响应速度快以及对外界环境灵敏度高；2、利用微光纤和MoS2相结合制成长周期光纤光栅，微光纤具有倏逝场传输的特性，加上MoS2可以增强光纤的倏逝场作用，使该长周期光纤光栅结构对外界变化具有非常高的灵敏度；3、利用纤维素作为分散MoS2的基液，既不影响MoS2优异的光电性能，又能够将MoS2的随外界因素的变化导致的变化高效的传递到光栅上；4、采用印刷法制备光纤光栅工艺简单、制备成本低、制作效率高并且可靠性高。对于指定的光纤和具有特定的光栅栅格纳米印刷板，光纤的有效折射率和光栅的周期是固定的，所制作的光纤光栅的波长是一个稳定值，可以达到精确控制长周期光纤光栅的目的，特别是可以在多根光纤上制备相同的光纤光栅；5、纳米印刷板上具体有多种不同的长周期光栅模板，可以根据不同的需要具有多种选择。6、采用烤箱对印刷之后的光纤光栅进行烘烤，使MoS2固定在微光纤上，环保安全。
附图说明
图1是本发明提供的MoS2长周期光纤光栅的制备方法的拉锥方法工艺示意图。
图2是本发明提供的MoS2长周期光纤光栅的制备方法的光纤拉锥完成示意图。
图3是本发明提供的MoS2长周期光纤光栅的制备方法的光纤涂覆MoS2示意图。
图4是本发明提供的MoS2长周期光纤光栅的制备方法的光纤最终形式示意图。
图中：1.光源2.氢气熔融拉锥机3.光纤固定夹4.火焰5.光谱分析仪6.拉锥之后的微光纤7.纳米印刷板8.刮刀9.MoS2溶液10.光栅栅格11.烤箱12.MoS2
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
用于本发明制备方法如图1所示，拉锥光纤包括光源1、氢气熔融拉锥机2通过电脑控制来调整光纤固定夹3的位移和火焰4的大小对光纤进行拉锥，拉锥光纤的光谱通过光谱分析仪5可以实时监控。印刷长周期光纤光栅包括拉锥之后的微光纤6和纳米印刷板7，将微光纤固定在纳米印刷版背面栅格10的中心，利用刮刀8反复刮刷光纤用的MoS2溶液9、然后放入烤箱11使MoS212固定在微光纤上。
本发明制备MoS2长周期光纤光栅的方法如下：将单模光纤水平紧绷的放在氢气熔融拉锥机2的平台上，用光纤固定夹3固定，然后点燃氢气，通过电脑操控点燃氢气的火焰4的大小以及光纤固定夹3的位置对光纤进行拉锥，通过光谱分析仪5观察光纤拉锥情况。其次将拉锥好的微光纤6固定在纳米印刷板7背面的光栅栅格10的中心，并将纳米印刷板7固定。在纳米印刷板7正面栅格处滴入MoS2溶液，用刮刀8反复在栅格处分别按上下左右四个方向刮几次，保证光纤光栅的均匀性。然后将纳米印刷板7取下，并将刷好的微光纤从纳米印刷板取下，放入预设的100℃的烤箱11内烘烤一个小时。
在将微光纤固定在纳米印刷板上时，可以同时将多根光纤固定在栅格内，因此可以一次性对多根微光纤涂刷光栅。由于栅格周期长度及个数是固定的，并且在用刮板刮MoS2时用力是均匀的，保证了这些光纤光栅的高度一致性和稳定性，并且可以精确控制长周期光纤光栅的中心波长。采用氢气熔融拉锥机拉制的微光纤插入损耗小于1dB,并且光在其中是倏逝场传输，可以用来制作高灵敏度的传感器件。
在电脑精确控制参数的条件下，拉制得微光纤直径为10μm，插入损耗小于1dB。将微光纤固定在精确度为50μm的纳米印刷板背面的栅格中心，用浓度为0.05％的MoS2溶液滴在周期为500μm、60个周期的栅格上。然后用刮板反复在滴有MoS2的栅格处分别按上下左右四个方向刮几次，保证光纤光栅的均匀性。之后将刷好MoS2长周期光纤光栅的微光纤取下，放入预设温度为100℃的烤箱烘烤一个小时，以将MoS2长周期光栅固定在微光纤上，从而实现MoS2长周期光纤光栅的制备。在以上各条件下，制备的光纤光栅参数如下：光栅周期为500μm，光栅周期个数为60个，光纤光栅中心波长1552nm±0.2nm。

Claims (8)

1.一种二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于：先将光纤除去涂覆层放在氢气熔融拉锥机的平台上进行拉锥，并将拉锥之后的微光纤固定在预先制作好的具有长周期光纤光栅栅格的纳米印刷板的背面，然后将印刷版固定在架子上，在印刷版栅格处涂上MoS2材料接着利用刮刀反复在栅格处分别按上下左右四个方向将MoS2溶液刮均匀；最后将刷好的MoS2长周期光纤光栅从纳米印刷板上取下，放入烤箱内使MoS2长周期光栅固定在微光纤上。
2.一种权利要求1所述的制备方法制备的二硫化钼长周期光纤光栅。
3.根据要求1所述的二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于所述的印刷电子技术所用纳米印刷板的精确度为50μm。
4.根据要求1所述的二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于所述纳米印刷板上包含多种不同周期大小和个数的长周期光纤光栅栅格模板。
5.根据要求1所述的二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于所述微光纤固定在纳米印刷板背面栅格的中心。
6.根据要求1所述的二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于同时固定一根或多根微光纤在纳米印刷板上。
7.根据要求1所述的二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于所述硫化钼溶液为硫化钼粉末与纤维素溶液混合之后经过搅拌、超声之后制成，其中硫化钼粉末：纤维素粉末：水的质量比在0.1:1:50-0.6:8:145之间。
8.根据要求1所述的二硫化钼长周期光纤光栅的制备方法，其特征在于所述烤箱预设温度范围为90-120℃，烘烤45-70分钟。
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