光子晶体光纤熔接机的研制

自第一根光子晶体光纤在英国问世以来，其奇异特性引起了国内外学者的极大关注，并成为当前国际光电子行业的研究热点，但光子晶体光纤熔接技术尚处于探索性研究阶段，已经成为光子晶体光纤应用开发中必须解决的实际问题。为了解决这一瓶颈问题，本项目拟采用激光熔接技术，研制全自动光子晶体光纤熔接机。主要研究内容为：利用光学成像和数字图像处理技术获得被熔光子晶体光纤的截面信息并识别其种类；研究光子晶体光纤熔接时的三维对准方法，设计自动对准系统；研究被熔光纤截面信息参数(孔径、孔距、空气孔层数等)与熔接所需激光输出功率、工作波长等参数间的关系，建立相应的数学模型；研究熔接损耗的自动测量与计算方法；优化设计熔接机的结构。通过以上研究完成光子晶体光纤熔接机的研制。本项目属创新性研究，可望获自主知识产权，填补国内外光子晶体光纤熔接机的市场空白，从而促进光子晶体光纤在光通信、光纤传感和光电子器件开发等领域的应用。

自第一根光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）在英国问世以来，其奇异特性引起了国内外学者的极大关注，并成为当前国际光电子行业的研究热点，但光子晶体光纤熔接技术尚处于探索性研究阶段，已经成为光子晶体光纤应用开发中必须解决的实际问题。针对此瓶颈问题，本项目开展了深入的研究工作，解决了光子晶体光纤熔接过程热源参数智能计算与加热能量控制、光纤端面结构信息获取与识别、光纤精确对准等技术问题。取得了如下主要成果：.（1）首次建立了基于二氧化碳激光光场作用下光子晶体光纤熔接过程中的热传递模型，包括连续光作用下模型、调制光作用下模型、熔接条件智能模式识别模型，并依据量化仿真结果，分析了光子晶体光纤空气孔热传导特性，进而分析了结构参数、热源参数对最佳熔接条件的影响。.（2）首次揭示了光子晶体光纤熔接过程中空气孔形变的分析理论，并建立了相应的力学模型，通过该理论可以确定各种结构PCF的最佳熔接能量和熔接时间，可有效控制空气孔的坍塌程度，进而降低熔接损耗。该理论还可以应用于PCF传感、光器件的制备，对于光子晶体光纤的应用具有普遍性。.（3）提出了一种用于PCF熔接的长工作物距的显微成像与图像识别系统，显微放大倍数可达2500倍以上，物镜的工作距离达到2~3 cm；利用曲线拟合结合交叉参考迭代的图像处理方法，实现了PCF端面图像信息获取与识别。.（4）提出了一种以纤芯中心轴为对准基准，利用获取PCF截面信息方案中获取的PCF截面图像确定纤芯中心轴的坐标，进而完成纤芯对准的方法，实验结果表明此对准方法可实现PCF的熔接自动对准。.（5）完成了实验室样机的设计与调试。.本项目实施过程中，项目组在PCF熔接技术方面撰写专著《光子晶体光纤熔接与拉锥理论及技术》，在IEEE Photonics Journal, Optics & Laser Technology等国际期刊和本领域重要国际会议上发表论文7篇，申请发明专利3项，已授权1项，培养硕士生5名，博士生3名，博士后1名。项目组通过积极参与相关领域主流国际会议、邀请国外专家访问等方式，与国外同行进行了深入的学术交流与合作。