微流材料集成微結構光纖可調諧光子器件及光開關的研究.pdf

1、微結構光纖橫截面上具有獨特的微結構分布，通過靈活地設計，可以實現(xiàn)無截止單模、大模場面積、高非線性等優(yōu)異的導光特性。此外，微結構光纖包層中的空氣孔，為將功能材料引入光纖內部提供了空間和有利條件，為實現(xiàn)光纖材料集成技術開啟了一扇嶄新的大門。利用微流材料集成技術，可以自由地將功能材料集成到微結構光纖的一個、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，可以實現(xiàn)對微結構光纖導光特性的調控，從而設計出多功能、

2、高性能的光纖光子器件，廣泛地應用于光通信、光傳感和非線性光纖光學等領域的研究。同時，將微結構光纖與生物、化學材料相結合，也可以挖掘其在生物分子檢測或是化學反應監(jiān)測等交叉學科領域的應用潛力。
　　本文結合國家973計劃、國家自然科學基金、天津市自然基金重點等項目的研究內容和目標，利用微結構光纖微流材料集成技術，將多種具有獨特性質的微流材料與微結構光纖相結合，實現(xiàn)了可調諧濾波器件、光纖傳感器、光纖全光開關等光纖光子器件，并結合理論分析

3、與實驗研究，對藉由微流材料集成所引入的新型控制機理和導光特性進行了詮釋。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構光纖的可調控雙折射特性?；谖⒘鞑牧霞筛唠p折射微結構光纖的雙折射可調諧特性，提出其在光通信和光傳感領域的應用潛力。
　　2、基于單孔微流材料集成高雙折射微結構光纖，發(fā)現(xiàn)、研究并詮釋了其諧振區(qū)域最強共振點附近的導光特性和調諧機制。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，并提出最強共振點這一特殊位置的存在。對最強共振點附近的偏振相關性、諧振峰分布、中心區(qū)域形狀、溫度響應和軸向應力響應等特性進行了數(shù)值模擬及實驗研究。實驗中在部分諧振峰波長位置實現(xiàn)了約20dB的偏振消光比，并對諧振峰溫度靈敏度和軸向應力靈敏度進行了測量，分別為約-5.5nm/℃和3pm/με。基于該光纖所具有的特性，提出了其在可調諧光纖偏振濾波器和雙參量傳感方面的應用。
　　3、基于微流材料

5、集成光子帶隙光纖，提出并實現(xiàn)了兩種新型光纖全光開關機制。首先，對微流材料集成光子帶隙光纖的溫度特性進行了研究，并利用532nm激光對材料集成微結構光纖進行側向的照射，在超過200nm的帶隙波長范圍內實現(xiàn)了消光比大于20dB、開關響應時間約500ms的光開關效應。通過深入的理論和實驗研究，揭示了該光開關效應的產生機理。之后，基于光子帶隙光纖超模激發(fā)的原理，實現(xiàn)了一種基于離子液體的全光纖全光開關。在離子液體集成光子帶隙光纖透射譜的多個波長位

6、置，觀察到了光開關效應，并根據(jù)離子液體所具有的高非線性系數(shù)，提出進一步縮短開關響應時間的可能性。
　　4、研究了幾種基于液晶集成微結構光纖的可調控光器件。首先，在單孔液晶集成微結構光纖中，觀察到了諧振區(qū)域的非線性溫度響應。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的光開關效應。之后，研究了兩種基于液晶集成光子帶隙光纖的光開關，觀察到液晶材料具有降低光開關閡值功率、