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文檔簡介
1、微結(jié)構(gòu)光纖橫截面上具有獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)分布,通過靈活地設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)無截止單模、大模場面積、高非線性等優(yōu)異的導(dǎo)光特性。此外,微結(jié)構(gòu)光纖包層中的空氣孔,為將功能材料引入光纖內(nèi)部提供了空間和有利條件,為實(shí)現(xiàn)光纖材料集成技術(shù)開啟了一扇嶄新的大門。利用微流材料集成技術(shù),可以自由地將功能材料集成到微結(jié)構(gòu)光纖的一個、數(shù)個或是全部空氣孔中。利用功能材料對溫度、電場、磁場、光場等物理參量的高靈敏度響應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)對微結(jié)構(gòu)光纖導(dǎo)光特性的調(diào)控,從而設(shè)計(jì)出多功能、
2、高性能的光纖光子器件,廣泛地應(yīng)用于光通信、光傳感和非線性光纖光學(xué)等領(lǐng)域的研究。同時,將微結(jié)構(gòu)光纖與生物、化學(xué)材料相結(jié)合,也可以挖掘其在生物分子檢測或是化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測等交叉學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
本文結(jié)合國家973計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、天津市自然基金重點(diǎn)等項(xiàng)目的研究內(nèi)容和目標(biāo),利用微結(jié)構(gòu)光纖微流材料集成技術(shù),將多種具有獨(dú)特性質(zhì)的微流材料與微結(jié)構(gòu)光纖相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧濾波器件、光纖傳感器、光纖全光開關(guān)等光纖光子器件,并結(jié)合理論分析
3、與實(shí)驗(yàn)研究,對藉由微流材料集成所引入的新型控制機(jī)理和導(dǎo)光特性進(jìn)行了詮釋。論文的主要研究工作和創(chuàng)新性成果如下:
1、利用有限元分析方法,理論分析了選擇性微流注入高雙折射微結(jié)構(gòu)光纖的可調(diào)控雙折射特性?;谖⒘鞑牧霞筛唠p折射微結(jié)構(gòu)光纖的雙折射可調(diào)諧特性,提出其在光通信和光傳感領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
2、基于單孔微流材料集成高雙折射微結(jié)構(gòu)光纖,發(fā)現(xiàn)、研究并詮釋了其諧振區(qū)域最強(qiáng)共振點(diǎn)附近的導(dǎo)光特性和調(diào)諧機(jī)制。利用模式耦合理論,分析
4、了纖芯基模和液芯高階模式之間耦合的具體過程,并提出最強(qiáng)共振點(diǎn)這一特殊位置的存在。對最強(qiáng)共振點(diǎn)附近的偏振相關(guān)性、諧振峰分布、中心區(qū)域形狀、溫度響應(yīng)和軸向應(yīng)力響應(yīng)等特性進(jìn)行了數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中在部分諧振峰波長位置實(shí)現(xiàn)了約20dB的偏振消光比,并對諧振峰溫度靈敏度和軸向應(yīng)力靈敏度進(jìn)行了測量,分別為約-5.5nm/℃和3pm/με?;谠摴饫w所具有的特性,提出了其在可調(diào)諧光纖偏振濾波器和雙參量傳感方面的應(yīng)用。
3、基于微流材料
5、集成光子帶隙光纖,提出并實(shí)現(xiàn)了兩種新型光纖全光開關(guān)機(jī)制。首先,對微流材料集成光子帶隙光纖的溫度特性進(jìn)行了研究,并利用532nm激光對材料集成微結(jié)構(gòu)光纖進(jìn)行側(cè)向的照射,在超過200nm的帶隙波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了消光比大于20dB、開關(guān)響應(yīng)時間約500ms的光開關(guān)效應(yīng)。通過深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究,揭示了該光開關(guān)效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。之后,基于光子帶隙光纖超模激發(fā)的原理,實(shí)現(xiàn)了一種基于離子液體的全光纖全光開關(guān)。在離子液體集成光子帶隙光纖透射譜的多個波長位
6、置,觀察到了光開關(guān)效應(yīng),并根據(jù)離子液體所具有的高非線性系數(shù),提出進(jìn)一步縮短開關(guān)響應(yīng)時間的可能性。
4、研究了幾種基于液晶集成微結(jié)構(gòu)光纖的可調(diào)控光器件。首先,在單孔液晶集成微結(jié)構(gòu)光纖中,觀察到了諧振區(qū)域的非線性溫度響應(yīng)。在溫度從84℃上升到85℃過程中,觀察到諧振峰值漂移超過70nm,并在1490nm處觀察到了消光比大于20dB的光開關(guān)效應(yīng)。之后,研究了兩種基于液晶集成光子帶隙光纖的光開關(guān),觀察到液晶材料具有降低光開關(guān)閡值功率、
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