折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖聲光模式耦合機(jī)制及應(yīng)用研究.pdf

1、聲波調(diào)制能夠在光纖軸向產(chǎn)生周期性的折射率調(diào)制，從而形成所謂聲致光纖光柵。同利用傳統(tǒng)方式制作的長(zhǎng)周期光纖光柵相比，聲致光柵具有周期性特征和折射率調(diào)制度靈活可控的特點(diǎn)，因此聲致光纖光柵方面的研究近年來(lái)引起了各國(guó)學(xué)者的研究興趣。而微結(jié)構(gòu)光纖由于其光纖截面周期性空氣孔排列的引入極大地增強(qiáng)了光纖結(jié)構(gòu)的靈活性，從而為光纖聲光器件的研究提供了新的契機(jī)。
　　根據(jù)導(dǎo)光機(jī)制的不同，微結(jié)構(gòu)光纖可分為折射率引導(dǎo)型光纖和帶隙引導(dǎo)型兩類。本文以具有固體纖芯

2、和包層具有空氣孔排列的折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖為主要研究對(duì)象，從耦合模理論出發(fā)，理論分析了微結(jié)構(gòu)光纖中聲光模式耦合機(jī)制同時(shí)實(shí)驗(yàn)研究了聲致微結(jié)構(gòu)光纖光柵的聲光可調(diào)諧特性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了級(jí)聯(lián)聲致微結(jié)構(gòu)光纖光柵的聲光可調(diào)諧特性。此外為解決側(cè)向聲波調(diào)制造成的聲致微結(jié)構(gòu)光纖光柵透射光譜中的諧振峰分裂現(xiàn)象，對(duì)聲致雙折射現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究并提出了利用折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖抑制聲致雙折射的方法。在對(duì)聲致微結(jié)構(gòu)光纖聲光模式耦合作用的基本特性研究基

3、礎(chǔ)上，本文最后介紹了在微結(jié)構(gòu)光纖聲光功能器件方面的研究。本文的主要研究工作包括如下方面:
　　1.從微結(jié)構(gòu)光纖的耦合模理論出發(fā)，對(duì)于微結(jié)構(gòu)光纖-單模光纖結(jié)構(gòu)混合型聲致光纖光柵中光波模式耦合特性進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)研究了這種混合型光纖光柵的透射光譜的聲頻調(diào)諧特性及其在不同調(diào)制信號(hào)電壓下和不同溫度下的過(guò)耦合特性。此外還在實(shí)驗(yàn)中采用雙波源激勵(lì)法在微結(jié)構(gòu)光纖中產(chǎn)生疊加聲場(chǎng)作用導(dǎo)致的級(jí)聯(lián)聲致光纖光柵，利用疊加聲場(chǎng)的波動(dòng)方程確定了聲

4、場(chǎng)作用區(qū)域的聲波振幅分布。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)聲致光纖光柵的透射光譜特性隨調(diào)制信號(hào)電壓的變化驗(yàn)證了對(duì)疊加聲場(chǎng)產(chǎn)生折射率調(diào)制作用的相關(guān)理論分析。
　　2.在微結(jié)構(gòu)光纖中聲致雙折射現(xiàn)象的研究方面，通過(guò)對(duì)柚子型光纖輸出端橫向模場(chǎng)強(qiáng)度分布的實(shí)驗(yàn)觀察證實(shí)了由聲波雙折射效應(yīng)在微結(jié)構(gòu)光纖軸向建立起周期不同的正交聲致光纖光柵，從理論上分析了該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究表明利用折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖包層的周期性空氣孔陣列能夠?qū)β暡ㄕ駝?dòng)產(chǎn)生一定程度的衰

5、減作用，利用這一效應(yīng)能夠有效抑制單模光纖聲致光纖光柵中普遍存在的聲致雙折射導(dǎo)致諧振峰分裂現(xiàn)象。
　　在以上對(duì)微結(jié)構(gòu)光纖中聲光模式作用基本特性相關(guān)研究的工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)研究了三種基于聲致微結(jié)構(gòu)光纖光柵的功能器件。首先對(duì)纖芯為空芯的類Kagomé型微結(jié)構(gòu)光纖的聲光模式耦合特性進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)其應(yīng)變傳感特性進(jìn)行了初步研究。進(jìn)一步考慮到微結(jié)構(gòu)光纖的可填充性，實(shí)驗(yàn)研究了包層空氣孔陣列填充水的微結(jié)構(gòu)光纖聲光模式耦合特