塑料光纤激光打标散射点工艺及其光学特性研究

论文摘要

侧面发光光纤具有结构简单、组合灵活、体积小、发光均匀性好、设计灵活等优点,可作为液晶显示器的背光源。目前,在塑料光纤(POF)上加工散射点使之成为侧面发光光纤的研究也日益得到研究者的重视,但都难以制作出表面无损伤的POF侧面发光光纤。为此本文提出采用激光打标机制作POF散射点的方案,利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为纤芯材料的POF对1.06μm激光的吸收特性,制作表面无损伤POF纤芯散射点,其形状和尺寸控制对侧面发光POF在液晶显示器(LCD)背光源的应用具有重要意义,它可以用来解决传统背光源照明均匀性差,功耗大、体积大的问题。论文首先介绍了POF激光打标散射点理论模型。分析了渐变型折射率POF的自聚焦原理,将光纤折射率按径向等间隔细分,推导出不同部分的折射率的表达式。当光线在光纤上表面垂直入射光纤时,当聚焦点的纵坐标为零时,采用迭代法可以求出聚焦点的横坐标表达式。建立了POF激光打标散射点理论模型,研究一种表面无损伤的POF纤芯散射点的激光打标方法,基于非成像光学边缘光线原理分析了激光打标POF纤芯散射点的二次聚焦过程,推导出激光侧面入射POF的焦点坐标计算式。给出了激光功率密度的计算公式,分析了不同激光功率对光纤侧面散射发光的影响。结果表明:在5W至20W功率范围内,侧面散射发光强度与激光功率成正比。论文接着介绍了POF激光打标散射点实验。分析了POF激光打标散射点的工作原理,利用包括激光打标机与光纤定位机构的实验装置制作POF散射点。探究了1.06μm波长激光在POF纤芯打标散射点时,聚焦透镜高度、激光功率和重复打标次数对POF散射点形状和尺寸的影响。纤芯内散射点的检测采用650nm激光的散射光相对光强分布进行检测,通过显微照片的对比判断散射点的形状和尺寸。实验结果表明:POF纤芯散射点的形状决定于聚焦透镜高度,当聚焦透镜高度为透镜焦距时,可以得到光纤径向细而长的散射点;当聚焦透镜高度小于聚焦透镜焦距时,在POF上下两个表面附近形成漏斗状散射点。随着激光功率增加和重复打标次数的增加,散射点的尺寸也随之增加。单次打标时POF的激光损伤阈值约为80W/mm~2,而要使POF散射点具有稳定的细长条状,激光功率密度应大于140W/mm~2。论文最后介绍了POF面光源的制作。探究了激光打标高度对散射点位置的影响,结果表明:打标高度在355mm与356mm之间时,可得到POF内部散射点。将多根侧面发光POF紧密排列,获得发光均匀性较好的面光源。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘楚嘉

导师: 庄其仁

关键词: 背光源,散射点,塑料光纤,激光打标,侧面发光

来源: 华侨大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 华侨大学

分类号: TN253;TN873.93

总页数: 55

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