CN106019468A - 基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器及其制作方法,运用紫光照射法来还原氧化石墨烯,把处理好的氧化石墨烯沉积在封装好的侧边抛磨光纤的抛磨面上,之后,可通过光学显微镜和扫描电镜对抛磨面进行观察,验证氧化石墨烯已经覆盖在抛磨面上,最后,使用振幅掩膜在抛磨面上的氧化石墨烯写下光栅结构,形成包层折射率调制的光纤光栅,从而制备得到氧化石墨烯‑石墨烯周期结构的包层折射率调制光纤光栅。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器领域,具体涉及一种基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法。
背景技术
氧化石墨烯作为制备石墨烯的前驱体,利用还原氧化石墨烯的方式可得到产量高且成本低的石墨烯片。此外,氧化石墨烯表面存在的羧基、羟基等极性基团有利于制备石墨烯衍生物,这将拓展石墨烯的应用领域。常用的还原的方法主要有:使用还原剂、热还原、光诱导还原。近几年提出的光诱导还原法是基于光热还原的原理,这种方法具有高速、环保而且灵活等特点。随着氧化石墨烯在化学、光学、电子等领域得到的广泛关注与发展,石墨烯和氧化石墨烯与各种各样的光纤相结合也已经或将成为研究的热点。
光纤光栅是指光纤纤芯或包层的折射率具有轴向周期性变化特性的光纤器件。光纤光栅的光栅结构具有对光波滤波或反射光波的功能,作为光纤器件,光纤光栅有许多的优良性能,如体积小、造价低、稳定性好、熔接损耗小、可微型化、集成化、抗电磁干扰等,因此,广泛应用于光纤通信、光纤传感及集成光学等领域。
目前,常用于制备长周期光纤光栅方法有:振幅掩模法、CO2激光脉冲法、机械微弯变形法、电弧放电法、腐蚀刻槽法等。通常情况下,利用不同的制作方法可以制备不同特性的长周期光纤光栅。目前研究制作的光纤光栅基本上是纤芯折射率调制的光纤光栅,现有的包层折射率调制的光纤光栅的制备仅是腐蚀刻痕或机械刻痕光纤光栅,但是在刻痕中出现的刻痕缺陷破坏了光栅结构的空间周期性,它对光纤光栅器件在使用中造成严重影响。这就使得制作刻痕光纤光栅的刻划机的元件十分精密,而且需保证环境条件的稳定并在刻划中防止震动。同时,将还原氧化石墨烯和光纤光栅结合起来,制备氧化石墨烯周期结构的包层折射率调制光纤光栅的技术手段并不成熟。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷,提供一种基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,采用的技术方案如下:
一种基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
制作侧边抛磨光纤;
制作用于在所述侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯的水槽型装置,并使用此装置封装好所述侧边抛磨光纤;
在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯,具体包括:对氧化石墨烯溶液进行超声处理,使氧化石墨烯均匀的分布在水溶液中,以避免氧化石墨烯抱团;在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯薄膜,即取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型装置的凹槽中,放置一段时间,让水分蒸发,使侧边抛磨光纤的抛磨面完全被氧化石墨烯片覆盖;
制作氧化石墨烯-石墨烯周期结构包层的光纤光栅,具体包括:
利用紫光激光器发出激光,并使激光通过柱透镜后再照射到沉积有氧化石墨烯薄膜的侧边抛磨光纤上,还原氧化石墨烯;在沉积有氧化石墨烯薄膜的侧边抛磨光纤上加一层振幅掩膜,以写入光栅结构;
使紫光激光器和柱透镜步进移动,继续还原侧边抛磨光纤上的氧化石墨烯,完成氧化石墨烯-石墨烯周期结构包层的光纤光栅的制作。
所谓侧边抛磨光纤是利用光学微加工技术,在普通的圆柱形通信光纤的某个位置上,抛磨掉一部分包层,而形成类似于“D”型光纤的抛磨区,除抛磨区外仍是圆柱形的光学器件。
所述侧边抛磨光纤的主要参数有表示抛磨面到光纤光栅纤芯表面的距离的剩余厚度d;表示被抛磨掉的光纤光栅包层厚度的抛磨深度h;抛磨区域总长度L。
水槽型装置的槽的大小可以通过滴入的氧化石墨烯溶液的量来衡量沉积在光纤上氧化石墨烯的厚度,槽越大,滴入的石墨烯溶液越少,沉积在光纤上氧化石墨烯的越薄,制备光纤光栅器件,需在侧边抛磨光纤上沉积一定厚度的氧化石墨烯,为此,使用的水槽型装置,槽长约4cm,宽约5mm,使用此装置封装好侧边抛磨光纤。
本发明运用紫光照射法来还原氧化石墨烯,把处理好的氧化石墨烯沉积在封装好的侧边抛磨光纤的抛磨面上,之后,可通过光学显微镜和扫描电镜对抛磨面进行观察,验证氧化石墨烯已经覆盖在抛磨面上,最后,使用振幅掩膜在抛磨面上的氧化石墨烯写下光栅结构,形成包层折射率调制的光纤光栅,从而制备得到氧化石墨烯-石墨烯周期结构的包层折射率调制光纤光栅。
作为优选,本发明中,对氧化石墨烯溶液进行超声处理的时间为30-60min,使氧化石墨烯均匀的分布在水溶液中,以避免氧化石墨烯抱团,超声处理时间过短,氧化石墨烯易抱团,经过实验,30-60min是效果较好的时间。
作为优选,取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型装置的凹槽中后,在室温条件下放置24小时。
作为优选,所述激光器为波长为405nm的紫光激光器。
作为优选,所述振幅掩膜的掩膜光栅周期为0.4um-700um,该周期下光栅耦合强度比其他周期要强,出现更好的滤波效果。
作为优选,本发明使用的制备设备包括第一激光器、第二激光器、第一至第四单模光纤、柱透镜、振幅掩膜、氧化石墨烯、封装好的侧边抛磨光纤和环形器,所述第一激光器、柱透镜、振幅掩膜、氧化石墨烯、封装好的侧边抛磨光纤从上往下依次设置,所述第二激光器、第一抛磨光纤、环形器、第二抛磨光纤、氧化石墨烯、第三抛磨光纤和第一光谱仪从左往右依次设置,所述第四抛磨光纤设于环形器下方,所述环形器下方设置第二光谱仪。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明提供了一种包层折射率调制的光纤光栅的制备方法,突破了目前包层折射率调制的光纤光栅制备方法的局限性,同时将还原氧化石墨烯的方法和掩膜法制备光纤光栅的方法相结合,制备出了氧化石墨烯-石墨烯周期结构的包层折射率调制的光纤光栅,使得氧化石墨烯在长周期光纤光栅结构上得以应用,因这种氧化石墨烯-石墨烯周期结构的包层折射率调制的光纤光栅的特性,其在光通信及传感领域都用重要作用,拓宽了长周期光纤光栅的应用渠道。
附图说明
图1是本发明实施例的侧边抛磨光纤结构示意图;
图2是本发明实施例的侧边抛磨光纤的封装图;
图3是本发明实施例在沉积了氧化石墨烯的侧边抛磨光纤上写入光栅的流程示意图;
图4是本发明实施例不同光照时间下曝光效果的光学显微图以及其RGB值变化曲线;
图5是本发明使用的制备装置的结构示意图;
图6是本发明实施例在光纤的抛磨面的氧化石墨烯薄膜上写入光栅时的光谱图;
图7是在本发明实施例在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯前后的光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例:
如图1所示,一种基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,包括以下步骤:
制作如图1所示的侧边抛磨光纤;
如图2所示,制作用于在所述侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯的水槽型装置,并使用此装置封装好所述侧边抛磨光纤;
在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯,具体包括:对氧化石墨烯溶液进行超声处理,使氧化石墨烯均匀的分布在水溶液中,以避免氧化石墨烯抱团;在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯薄膜,即取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型装置的凹槽中,放置一段时间,让水分蒸发,使侧边抛磨光纤的抛磨面完全被氧化石墨烯片覆盖;
制作氧化石墨烯-石墨烯周期结构包层的光纤光栅,具体包括:利用紫光激光器发出激光,并使激光通过柱透镜后再照射到沉积有氧化石墨烯薄膜的侧边抛磨光纤上,还原氧化石墨烯;在沉积有氧化石墨烯薄膜的侧边抛磨光纤上加一层振幅掩膜,以写入光栅结构;
如图3所示,使紫光激光器和柱透镜步进移动,继续还原侧边抛磨光纤上的氧化石墨烯,完成氧化石墨烯-石墨烯周期结构包层的光纤光栅的制作。
所谓侧边抛磨光纤是利用光学微加工技术,在普通的圆柱形通信光纤的某个位置上,抛磨掉一部分包层,而形成类似于“D”型光纤的抛磨区,除抛磨区外仍是圆柱形的光学器件,如图1所示。
所述侧边抛磨光纤的主要参数有表示抛磨面到光纤光栅纤芯表面的距离的剩余厚度d;表示被抛磨掉的光纤光栅包层厚度的抛磨深度h;抛磨区域总长度L。
水槽型装置的槽的大小可以通过滴入的氧化石墨烯溶液的量来衡量沉积在光纤上氧化石墨烯的厚度,使用此装置封装好侧边抛磨光纤。
本实施例运用紫光照射法来还原氧化石墨烯,把处理好的氧化石墨烯沉积在封装好的侧边抛磨光纤的抛磨面上,之后,可通过光学显微镜和扫描电镜对抛磨面进行观察,验证氧化石墨烯已经覆盖在抛磨面上,最后,使用振幅掩膜在抛磨面上的氧化石墨烯写下光栅结构,形成包层折射率调制的光纤光栅,从而制备得到氧化石墨烯-石墨烯周期结构的包层折射率调制光纤光栅。由图4可以看出,随着激光功率密度和光照时间的增加,氧化石墨烯的还原程度越高。
本实施例中,对氧化石墨烯溶液进行超声处理的时间为为30-60分钟,使氧化石墨烯均匀的分布在水溶液中,以避免氧化石墨烯抱团。
本实施例中,取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型装置的凹槽中后,在室温条件下放置24小时。
本实施例中,所述激光器为波长为405nm的紫光激光器。
本实施例中,所述振幅掩膜的掩膜光栅周期为为0.4um-700um,该周期下光栅耦合强度比其他周期要强,出现更好的滤波效果。
如图5所示,本发明使用的设备包括第一激光器1、第二激光器11、第一至第四单模光纤、柱透镜2、振幅掩膜3、氧化石墨烯6、封装好的侧边抛磨光纤7和环形器9,第一激光器1、柱透镜2、振幅掩膜3、氧化石墨烯6、封装好的侧边抛磨光纤7从上往下依次设置,所述第二激光器11、第一抛磨光纤10、环形器9、第二抛磨光纤8、氧化石墨烯6、第三抛磨光纤4和第一光谱仪5从左往右依次设置,所述第四抛磨光纤12设于环形器9下方,所述环形器9下方设置第二光谱仪13。
如图6、图7所示,通过观测写入光栅时的光谱图和在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯前后的光谱图,可知写入光栅时,吸收峰的偏移应该是由于完全写入光栅后,由热效应改变了覆盖在光纤抛磨面上氧化石墨烯的结构,从而导致折射率的变化造成的,当沉积了氧化石墨烯之后,由于氧化石墨烯的层状结构而产生吸收和散射,导致光谱出现一些吸收峰和谐振现象。
Claims (6)
1.一种基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
制作侧边抛磨光纤;
制作用于在所述侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯的水槽型装置,并使用此装置封装好所述侧边抛磨光纤;
在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯,具体包括:对氧化石墨烯溶液进行超声处理,使氧化石墨烯均匀的分布在水溶液中,以避免氧化石墨烯抱团;在侧边抛磨光纤上沉积氧化石墨烯薄膜,即取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型装置的凹槽中,放置一段时间,让水分蒸发,使侧边抛磨光纤的抛磨面完全被氧化石墨烯片覆盖;
制作氧化石墨烯-石墨烯周期结构包层的光纤光栅,具体包括:
利用紫光激光器发出激光,并使激光通过柱透镜后再照射到沉积有氧化石墨烯薄膜的侧边抛磨光纤上,还原氧化石墨烯;在沉积有氧化石墨烯薄膜的侧边抛磨光纤上加一层振幅掩膜,以写入光栅结构;
使紫光激光器和柱透镜步进移动,继续还原侧边抛磨光纤上的氧化石墨烯,完成氧化石墨烯-石墨烯周期结构包层的光纤光栅的制作。
2.根据权利要求1所述的基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,对氧化石墨烯溶液进行超声处理的时间为30-60分钟,使氧化石墨烯均匀的分布在水溶液中,以避免氧化石墨烯抱团。
3.根据权利要求1所述的基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型装置的凹槽中后,在室温条件下放置24小时。
4.根据权利要求1所述的基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,所述激光器为波长为405nm的紫光激光器。
5.根据权利要求1所述的基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,所述振幅掩膜的掩膜光栅周期在0.4um-700um。
6.根据权利要求1所述的基于激光还原氧化石墨烯微结构包层滤波器制作方法,其特征在于,使用的制备设备包括第一激光器、第二激光器、第一至第四单模光纤、柱透镜、振幅掩膜、氧化石墨烯、封装好的侧边抛磨光纤和环形器,所述第一激光器、柱透镜、振幅掩膜、氧化石墨烯、封装好的侧边抛磨光纤从上往下依次设置,所述第二激光器、第一抛磨光纤、环形器、第二抛磨光纤、氧化石墨烯、第三抛磨光纤和第一光谱仪从左往右依次设置,所述第四抛磨光纤设于环形器下方,所述环形器下方设置第二光谱仪。
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