基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器及其制作方法，運(yùn)用紫光照射法來(lái)還原氧化石墨烯，把處理好的氧化石墨烯沉積在封裝好的側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上，之后，可通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)拋磨面進(jìn)行觀察，驗(yàn)證氧化石墨烯已經(jīng)覆蓋在拋磨面上，最后，使用振幅掩膜在拋磨面上的氧化石墨烯寫(xiě)下光柵結(jié)構(gòu)，形成包層折射率調(diào)制的光纖光柵，從而制備得到氧化石墨烯?石墨烯周期結(jié)構(gòu)的包層折射率調(diào)制光纖光柵。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及濾波器領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化石墨烯作為制備石墨烯的前驅(qū)體，利用還原氧化石墨烯的方式可得到產(chǎn)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、羥基等極性基團(tuán)有利于制備石墨烯衍生物，這將拓展石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域。常用的還原的方法主要有:使用還原劑、熱還原、光誘導(dǎo)還原。近幾年提出的光誘導(dǎo)還原法是基于光熱還原的原理，這種方法具有高速、環(huán)保而且靈活等特點(diǎn)。隨著氧化石墨烯在化學(xué)、光學(xué)、電子等領(lǐng)域得到的廣泛關(guān)注與發(fā)展，石墨烯和氧化石墨烯與各種各樣的光纖相結(jié)合也已經(jīng)或?qū)⒊蔀檠芯康臒狳c(diǎn)。
[0003]光纖光柵是指光纖纖芯或包層的折射率具有軸向周期性變化特性的光纖器件。光纖光柵的光柵結(jié)構(gòu)具有對(duì)光波濾波或反射光波的功能，作為光纖器件，光纖光柵有許多的優(yōu)良性能，如體積小、造價(jià)低、穩(wěn)定性好、熔接損耗小、可微型化、集成化、抗電磁干擾等，因此，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感及集成光學(xué)等領(lǐng)域。
[0004]目前，常用于制備長(zhǎng)周期光纖光柵方法有:振幅掩模法、CO2激光脈沖法、機(jī)械微彎變形法、電弧放電法、腐蝕刻槽法等。通常情況下，利用不同的制作方法可以制備不同特性的長(zhǎng)周期光纖光柵。目前研究制作的光纖光柵基本上是纖芯折射率調(diào)制的光纖光柵，現(xiàn)有的包層折射率調(diào)制的光纖光柵的制備僅是腐蝕刻痕或機(jī)械刻痕光纖光柵，但是在刻痕中出現(xiàn)的刻痕缺陷破壞了光柵結(jié)構(gòu)的空間周期性，它對(duì)光纖光柵器件在使用中造成嚴(yán)重影響。這就使得制作刻痕光纖光柵的刻劃?rùn)C(jī)的元件十分精密，而且需保證環(huán)境條件的穩(wěn)定并在刻劃中防止震動(dòng)。同時(shí)，將還原氧化石墨烯和光纖光柵結(jié)合起來(lái)，制備氧化石墨烯周期結(jié)構(gòu)的包層折射率調(diào)制光纖光柵的技術(shù)手段并不成熟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]制作側(cè)邊拋磨光纖；
[0008]制作用于在所述側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯的水槽型裝置，并使用此裝置封裝好所述側(cè)邊拋磨光纖；
[0009]在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯，具體包括:對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行超聲處理，使氧化石墨烯均勻的分布在水溶液中，以避免氧化石墨烯抱團(tuán)；在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯薄膜，即取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型裝置的凹槽中，放置一段時(shí)間，讓水分蒸發(fā)，使側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面完全被氧化石墨烯片覆蓋；
[0010]制作氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)包層的光纖光柵，具體包括:
[0011]利用紫光激光器發(fā)出激光，并使激光通過(guò)柱透鏡后再照射到沉積有氧化石墨烯薄膜的側(cè)邊拋磨光纖上，還原氧化石墨烯;在沉積有氧化石墨烯薄膜的側(cè)邊拋磨光纖上加一層振幅掩膜，以寫(xiě)入光柵結(jié)構(gòu)；
[0012]使紫光激光器和柱透鏡步進(jìn)移動(dòng)，繼續(xù)還原側(cè)邊拋磨光纖上的氧化石墨烯，完成氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)包層的光纖光柵的制作。
[0013]所謂側(cè)邊拋磨光纖是利用光學(xué)微加工技術(shù)，在普通的圓柱形通信光纖的某個(gè)位置上，拋磨掉一部分包層，而形成類(lèi)似于“D”型光纖的拋磨區(qū)，除拋磨區(qū)外仍是圓柱形的光學(xué)器件。
[0014]所述側(cè)邊拋磨光纖的主要參數(shù)有表示拋磨面到光纖光柵纖芯表面的距離的剩余厚度d;表示被拋磨掉的光纖光柵包層厚度的拋磨深度h;拋磨區(qū)域總長(zhǎng)度L。
[0015]水槽型裝置的槽的大小可以通過(guò)滴入的氧化石墨烯溶液的量來(lái)衡量沉積在光纖上氧化石墨烯的厚度，槽越大，滴入的石墨烯溶液越少，沉積在光纖上氧化石墨烯的越薄，制備光纖光柵器件，需在側(cè)邊拋磨光纖上沉積一定厚度的氧化石墨烯，為此，使用的水槽型裝置，槽長(zhǎng)約4cm，寬約5mm，使用此裝置封裝好側(cè)邊拋磨光纖。
[0016]本發(fā)明運(yùn)用紫光照射法來(lái)還原氧化石墨烯，把處理好的氧化石墨烯沉積在封裝好的側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上，之后，可通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)拋磨面進(jìn)行觀察，驗(yàn)證氧化石墨烯已經(jīng)覆蓋在拋磨面上，最后，使用振幅掩膜在拋磨面上的氧化石墨烯寫(xiě)下光柵結(jié)構(gòu)，形成包層折射率調(diào)制的光纖光柵，從而制備得到氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)的包層折射率調(diào)制光纖光柵。
[0017]作為優(yōu)選，本發(fā)明中，對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行超聲處理的時(shí)間為30_60min，使氧化石墨烯均勻的分布在水溶液中，以避免氧化石墨烯抱團(tuán)，超聲處理時(shí)間過(guò)短，氧化石墨烯易抱團(tuán)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，30-60min是效果較好的時(shí)間。
[0018]作為優(yōu)選，取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型裝置的凹槽中后，在室溫條件下放置24小時(shí)。
[0019]作為優(yōu)選，所述激光器為波長(zhǎng)為405nm的紫光激光器。
[0020]作為優(yōu)選，所述振幅掩膜的掩膜光柵周期為0.4um-700um，該周期下光柵耦合強(qiáng)度比其他周期要強(qiáng)，出現(xiàn)更好的濾波效果。
[0021]作為優(yōu)選，本發(fā)明使用的制備設(shè)備包括第一激光器、第二激光器、第一至第四單模光纖、柱透鏡、振幅掩膜、氧化石墨烯、封裝好的側(cè)邊拋磨光纖和環(huán)形器，所述第一激光器、柱透鏡、振幅掩膜、氧化石墨烯、封裝好的側(cè)邊拋磨光纖從上往下依次設(shè)置，所述第二激光器、第一拋磨光纖、環(huán)形器、第二拋磨光纖、氧化石墨烯、第三拋磨光纖和第一光譜儀從左往右依次設(shè)置，所述第四拋磨光纖設(shè)于環(huán)形器下方，所述環(huán)形器下方設(shè)置第二光譜儀。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0023]本發(fā)明提供了一種包層折射率調(diào)制的光纖光柵的制備方法，突破了目前包層折射率調(diào)制的光纖光柵制備方法的局限性，同時(shí)將還原氧化石墨烯的方法和掩膜法制備光纖光柵的方法相結(jié)合，制備出了氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)的包層折射率調(diào)制的光纖光柵，使得氧化石墨烯在長(zhǎng)周期光纖光柵結(jié)構(gòu)上得以應(yīng)用，因這種氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)的包層折射率調(diào)制的光纖光柵的特性，其在光通信及傳感領(lǐng)域都用重要作用，拓寬了長(zhǎng)周期光纖光柵的應(yīng)用渠道。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)邊拋磨光纖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)邊拋磨光纖的封裝圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實(shí)施例在沉積了氧化石墨烯的側(cè)邊拋磨光纖上寫(xiě)入光柵的流程示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實(shí)施例不同光照時(shí)間下曝光效果的光學(xué)顯微圖以及其RGB值變化曲線；
[0028]圖5是本發(fā)明使用的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6是本發(fā)明實(shí)施例在光纖的拋磨面的氧化石墨烯薄膜上寫(xiě)入光柵時(shí)的光譜圖；
[0030]圖7是在本發(fā)明實(shí)施例在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯前后的光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0032]實(shí)施例:
[0033]如圖1所示，一種基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，包括以下步驟:
[0034]制作如圖1所示的側(cè)邊拋磨光纖；
[0035]如圖2所示，制作用于在所述側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯的水槽型裝置，并使用此裝置封裝好所述側(cè)邊拋磨光纖；
[0036]在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯，具體包括:對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行超聲處理，使氧化石墨烯均勻的分布在水溶液中，以避免氧化石墨烯抱團(tuán)；在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯薄膜，即取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型裝置的凹槽中，放置一段時(shí)間，讓水分蒸發(fā)，使側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面完全被氧化石墨烯片覆蓋；
[0037]制作氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)包層的光纖光柵，具體包括:利用紫光激光器發(fā)出激光，并使激光通過(guò)柱透鏡后再照射到沉積有氧化石墨烯薄膜的側(cè)邊拋磨光纖上，還原氧化石墨烯;在沉積有氧化石墨烯薄膜的側(cè)邊拋磨光纖上加一層振幅掩膜，以寫(xiě)入光柵結(jié)構(gòu)；
[0038]如圖3所示，使紫光激光器和柱透鏡步進(jìn)移動(dòng)，繼續(xù)還原側(cè)邊拋磨光纖上的氧化石墨烯，完成氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)包層的光纖光柵的制作。
[0039]所謂側(cè)邊拋磨光纖是利用光學(xué)微加工技術(shù)，在普通的圓柱形通信光纖的某個(gè)位置上，拋磨掉一部分包層，而形成類(lèi)似于“D”型光纖的拋磨區(qū)，除拋磨區(qū)外仍是圓柱形的光學(xué)器件，如圖1所示。
[0040]所述側(cè)邊拋磨光纖的主要參數(shù)有表示拋磨面到光纖光柵纖芯表面的距離的剩余厚度d;表示被拋磨掉的光纖光柵包層厚度的拋磨深度h;拋磨區(qū)域總長(zhǎng)度L。
[0041]水槽型裝置的槽的大小可以通過(guò)滴入的氧化石墨烯溶液的量來(lái)衡量沉積在光纖上氧化石墨烯的厚度，使用此裝置封裝好側(cè)邊拋磨光纖。
[0042]本實(shí)施例運(yùn)用紫光照射法來(lái)還原氧化石墨烯，把處理好的氧化石墨烯沉積在封裝好的側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面上，之后，可通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)拋磨面進(jìn)行觀察，驗(yàn)證氧化石墨烯已經(jīng)覆蓋在拋磨面上，最后，使用振幅掩膜在拋磨面上的氧化石墨烯寫(xiě)下光柵結(jié)構(gòu)，形成包層折射率調(diào)制的光纖光柵，從而制備得到氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)的包層折射率調(diào)制光纖光柵。由圖4可以看出，隨著激光功率密度和光照時(shí)間的增加，氧化石墨烯的還原程度越高。
[0043]本實(shí)施例中，對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行超聲處理的時(shí)間為為30-60分鐘，使氧化石墨烯均勻的分布在水溶液中，以避免氧化石墨烯抱團(tuán)。
[0044]本實(shí)施例中，取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型裝置的凹槽中后，在室溫條件下放置24小時(shí)。
[0045]本實(shí)施例中，所述激光器為波長(zhǎng)為405nm的紫光激光器。
[0046]本實(shí)施例中，所述振幅掩膜的掩膜光柵周期為為0.4um-700um，該周期下光柵親合強(qiáng)度比其他周期要強(qiáng)，出現(xiàn)更好的濾波效果。
[0047]如圖5所示，本發(fā)明使用的設(shè)備包括第一激光器1、第二激光器11、第一至第四單模光纖、柱透鏡2、振幅掩膜3、氧化石墨烯6、封裝好的側(cè)邊拋磨光纖7和環(huán)形器9，第一激光器
1、柱透鏡2、振幅掩膜3、氧化石墨烯6、封裝好的側(cè)邊拋磨光纖7從上往下依次設(shè)置，所述第二激光器11、第一拋磨光纖10、環(huán)形器9、第二拋磨光纖8、氧化石墨烯6、第三拋磨光纖4和第一光譜儀5從左往右依次設(shè)置，所述第四拋磨光纖12設(shè)于環(huán)形器9下方，所述環(huán)形器9下方設(shè)置第二光譜儀13。
[0048]如圖6、圖7所示，通過(guò)觀測(cè)寫(xiě)入光柵時(shí)的光譜圖和在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯前后的光譜圖，可知寫(xiě)入光柵時(shí)，吸收峰的偏移應(yīng)該是由于完全寫(xiě)入光柵后，由熱效應(yīng)改變了覆蓋在光纖拋磨面上氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致折射率的變化造成的，當(dāng)沉積了氧化石墨烯之后，由于氧化石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生吸收和散射，導(dǎo)致光譜出現(xiàn)一些吸收峰和諧振現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 制作側(cè)邊拋磨光纖； 制作用于在所述側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯的水槽型裝置，并使用此裝置封裝好所述側(cè)邊拋磨光纖； 在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯，具體包括:對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行超聲處理，使氧化石墨烯均勻的分布在水溶液中，以避免氧化石墨烯抱團(tuán)；在側(cè)邊拋磨光纖上沉積氧化石墨烯薄膜，即取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型裝置的凹槽中，放置一段時(shí)間，讓水分蒸發(fā)，使側(cè)邊拋磨光纖的拋磨面完全被氧化石墨烯片覆蓋； 制作氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)包層的光纖光柵，具體包括: 利用紫光激光器發(fā)出激光，并使激光通過(guò)柱透鏡后再照射到沉積有氧化石墨烯薄膜的側(cè)邊拋磨光纖上，還原氧化石墨烯;在沉積有氧化石墨烯薄膜的側(cè)邊拋磨光纖上加一層振幅掩膜，以寫(xiě)入光柵結(jié)構(gòu)； 使紫光激光器和柱透鏡步進(jìn)移動(dòng)，繼續(xù)還原側(cè)邊拋磨光纖上的氧化石墨烯，完成氧化石墨烯-石墨烯周期結(jié)構(gòu)包層的光纖光柵的制作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行超聲處理的時(shí)間為30-60分鐘，使氧化石墨烯均勻的分布在水溶液中，以避免氧化石墨烯抱團(tuán)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，取出氧化石墨烯溶液滴入水槽型裝置的凹槽中后，在室溫條件下放置24小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，所述激光器為波長(zhǎng)為405nm的紫光激光器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，所述振幅掩膜的掩膜光柵周期在0.4um-700um。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光還原氧化石墨烯微結(jié)構(gòu)包層濾波器制作方法，其特征在于，使用的制備設(shè)備包括第一激光器、第二激光器、第一至第四單模光纖、柱透鏡、振幅掩膜、氧化石墨烯、封裝好的側(cè)邊拋磨光纖和環(huán)形器，所述第一激光器、柱透鏡、振幅掩膜、氧化石墨烯、封裝好的側(cè)邊拋磨光纖從上往下依次設(shè)置，所述第二激光器、第一拋磨光纖、環(huán)形器、第二拋磨光纖、氧化石墨烯、第三拋磨光纖和第一光譜儀從左往右依次設(shè)置，所述第四拋磨光纖設(shè)于環(huán)形器下方，所述環(huán)形器下方設(shè)置第二光譜儀。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK106019468SQ201610580334
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日
【發(fā)明人】余健輝, 周俊杰, 詹婷婷, 關(guān)賀元, 朱文國(guó), 陳哲, 盧惠輝, 唐潔媛
【申請(qǐng)人】暨南大學(xué)