亞微米液芯光纖的理論與實驗研究.pdf

1、隨著器件設(shè)計理論和制備工藝技術(shù)的發(fā)展，以及對器件工作性能和能量消耗等要求的提高，減小器件尺寸、提高集成度，將光子器件與微電子、光電子器件在納米尺度上混合集成己經(jīng)成為必然趨勢，這就要求光波導(dǎo)線寬向亞波長和納米尺寸發(fā)展。到上個世紀末，隨著光纖拉錐制造技術(shù)的發(fā)展，直徑達到亞微米和納米量級的新型光纖由于其較小的尺寸和很好的非線性與色散性質(zhì)又重新引起了大家的強烈興趣。同時，液芯光纖是一種新型的結(jié)構(gòu)的光傳輸器件，具有大芯徑、大數(shù)值孔徑、能量傳輸效率

2、高，使用壽命長等特點，特別適合用于非線性光學研究、光譜研究、熒光檢測等方面。 本文結(jié)合液芯光纖與目前先進的光纖拉錐技術(shù)，創(chuàng)造性的提出了亞微米液芯光纖，并從理論與實驗兩個方面對它進行了系統(tǒng)的研究。 我們從三層的圓柱模型出發(fā)，利用麥克斯韋方程組和邊界條件，理論上系統(tǒng)的研究了亞微米液芯光纖的傳輸特性，并與傳統(tǒng)的亞微米二氧化硅光纖的性質(zhì)一一做了比較。以二硫化碳作為纖芯為例，我們完成了理論上的模擬工作。主要研究了包括傳播常數(shù)、單模

3、條件、模場分布、傳輸效率、非線性參數(shù)、群速度以及總色散等重要的參數(shù)。研究理論模擬的結(jié)論表明：相比與亞微米二氧化硅光纖，亞微米液芯光纖對纖芯中傳播的能量具有更強的束縛作用；由于液體本身較大的三階非線性系數(shù)和亞微米尺度下比較小的有效作用面積，亞微米液芯光纖具有很大的非線性參數(shù)；在我們研究的波長范圍內(nèi)，亞微米液芯光纖的總色散始終為負且不存在色散零點。我們研究的亞微米液芯光纖，當其液體芯徑減小到小于1個微米時，外徑仍然保持在幾個到數(shù)十個微米。與

4、傳統(tǒng)的亞微米二氧化硅光纖相比，這樣的光纖更易拉制，且使用中具有更高的力學穩(wěn)定性。 對于亞微米液芯光纖，通過充入不同材料的高折射率的液體，我們可以得到具有不同傳播性質(zhì)的亞微米液芯光纖，滿足不同科學研究的需要。因此我們接下來分別計算了以二硫化碳（carbon disulfide）甲苯（Toluene）硝基苯（Nitrobenzene）苯（Benzene）四種液體材料為纖芯的亞微米液芯光纖的各種傳播參量，并在最后通過求解非線性薛定諤方

5、程，模擬了超短脈沖在光纖中傳輸產(chǎn)生超連續(xù)譜的過程。最后結(jié)論表明通過調(diào)整液體材料的種類或調(diào)整光纖的直徑，我們可以得到可調(diào)諧的非線性參數(shù)和光纖的總色散。之后我們?nèi)￠L度為1cm，內(nèi)徑為0.5m的充滿二硫化碳的亞微米液芯光纖為例，得到了相應(yīng)的超連續(xù)光譜模擬結(jié)果。該超連續(xù)譜具有大約1000nm的譜寬，且相比于傳統(tǒng)的方法，我們需要的光纖長度短得多。利用液體的折射率對溫度具有很大的敏感性這個特性，把甲苯與氯仿的混合物充入空心光纖之中形成混合型液芯光纖