基于微納米工藝技術(shù)的新型光纖模間干涉器件研究.pdf

1、微型化與集成化是近年來先進光子技術(shù)和器件的重要發(fā)展方向，微納米工藝技術(shù)是實現(xiàn)光子器件微型化與集成化的基礎(chǔ)。借助微納米工藝技術(shù)，人們可以按照需求來設(shè)計制備具有優(yōu)異性能的光纖微納米結(jié)構(gòu)和器件。同時，理論和實驗的研究表明，隨著功能結(jié)構(gòu)尺度的減小，光纖器件的特性及性能等都表現(xiàn)出與傳統(tǒng)宏觀結(jié)構(gòu)器件顯著不同的特點。這些特異的物理性質(zhì)具有廣闊的實際應(yīng)用和理論研究前景。本文以此為出發(fā)點，從理論和實驗上分析了兩種具有代表性的基于微納米尺度結(jié)構(gòu)的新型光纖模

2、間干涉器件，包括其模式與耦合特性和相關(guān)微納米工藝技術(shù)，論文詳細研究和探討了它們的工作原理、制備過程以及功能特性，同時通過與同類傳統(tǒng)尺寸結(jié)構(gòu)光纖器件的比較驗證了基于微納米技術(shù)的光纖模間干涉器件在性能上的優(yōu)越性。本文的主要內(nèi)容如下:
　　 第一章介紹了兩種頗具代表性的模間干涉型光纖器件及其相關(guān)微納米加工工藝。一種代表性模間干涉器件是光纖光柵，通過光纖表面和表層微納米薄膜涂層工藝，可實現(xiàn)具有大范圍可調(diào)諧特性的光纖光柵器件;另一種代表性

3、模間干涉器件是錐形光纖，通過微納米光纖制備工藝，可以獲得具有高靈敏度傳感特性的錐形微納米光纖器件。
　　 第二章采用四層光纖模型理論分析了覆蓋高折射率微納米涂敷層的長周期光纖光柵的包層模特性，并通過耦合模理論對四層模型長周期光纖光柵諧振波長和頻譜特性進行了分析;研究了諧振峰波長與涂敷層相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，并分析了內(nèi)包層厚度在提高長周期光纖光柵調(diào)諧范圍方面的作用。
　　 第三章從理論上深入分析了具有彎曲結(jié)構(gòu)的錐形微納米光纖中的

4、模式耦合及干涉特性。建立了局部彎曲的錐形微納米光纖的數(shù)學模型，為理論分析提供所需的數(shù)學依據(jù);并利用Matlab仿真工具采用數(shù)值分析法對不同彎曲半徑下錐形微納光纖中的模式耦合進行了分析;詳細闡述了基于局部彎曲的錐形微納米光纖的模間干涉儀的工作原理，分析了彎曲錐形微納米光纖的幾何參數(shù)對輸出干涉波形的影響，并給出了參數(shù)優(yōu)化的原則。
　　 第四章從實驗上研究了覆蓋微納米液晶涂敷層的長周期光纖光柵的制備過程和大范圍調(diào)諧特性。利用基于菲涅耳

5、反射的折射率測量方法，對不同溫度下的液晶折射率進行了測量和分析;采用簡單的刷涂工藝在長周期光纖光柵表面制備了不同厚度的液晶涂敷層;通過實驗研究了該光纖器件的熱光特性和電光特性，并將仿真計算的結(jié)果與實驗結(jié)果進行了比較。研究表明，覆蓋約800nm厚度的液晶涂敷層的長周期光纖光柵在58℃-60℃的溫度范圍內(nèi)會出現(xiàn)模式遷移現(xiàn)象，在此區(qū)域內(nèi)，該光纖器件對溫度具有非常高的響應(yīng)靈敏度。文中利用這一特性，設(shè)計并實現(xiàn)了在特定溫度下的長周期光纖光柵的大范圍

6、電光調(diào)諧，最大調(diào)諧范圍達到約10nm。
　　 第五章從實驗上詳細研究了基于局部彎曲的錐形微納光纖模間干涉儀的制備工藝和傳感特性。利用實驗室自制的微納光纖拉伸系統(tǒng)制備了具有不同錐長和束腰直徑的微納光纖，并將其彎曲成一近似對稱的‘C’形彎曲結(jié)構(gòu)形成模間干涉儀;詳細研究了它們的溫度特性以及折射率和微位移傳感特性。理論和實驗的研究表明，當彎曲的錐形光纖的束腰直徑約為1.92μm時，該模間干涉儀的傳輸譜基本不受環(huán)境溫度的影響。該光纖器件的