基于微納光纖的無源微小光學器件的研究.pdf

1、微型化、集成化，是光學器件未來的一個重要發(fā)展趨勢。當前，相比于集成的電子芯片，光子器件的微型化仍舊處于雛形驗證階段，離標準集成化的目標還有較遠的距離。微納光纖作為微納光子學中一個近年來興起的重要分支，以其直徑小、光場限制能力強、損耗小、與單模光纖損耗低連接等的特點，有望成為光學器件微型化集成化的基本構建單元，在光纖傳感、光纖通信及信號處理、微波光子學、原子與量子光學、光力學等領域引起廣泛的研究興趣。關于微納光纖的材料、制備工藝、器件設計

2、與裝配、封裝及應用等方面的研究工作都具有十分重要的意義。
　　本論文圍繞新型微納光纖器件的機理與實現(xiàn)開展工作，并探索其在微波光子學中應用，主要包括以下內容：
　　(1)介紹微納光纖的研究背景，論述微納光纖作為光器件微型化集成化的一種基本單元的可行性，然后綜述了微納光纖器件的研究現(xiàn)狀；介紹微納光纖的理論基礎，分析其模場特性、色散特性和非線性特性；搭建機械微納光纖的制備平臺，以及微納光纖器件的微操縱裝配實驗和測試平臺，為器件的實

3、驗應用研究打下堅實的基礎。
　　(2)運用全矢量電磁場耦合模模型，理論研究了縱向光場耦合效應對折射率型微納光纖布拉格光柵光譜特性的影響，發(fā)現(xiàn)此效應減弱相向傳輸?shù)幕５鸟詈献饔?；在實驗中，運用超快飛秒激光相位掩模技術，實現(xiàn)周期性淺納米孔微納光纖布拉格光柵的制作，得到10-3量級的折射率調制深度，獲得透過率抑制比高于23dB、3dB反射帶寬達1.14nm的高斯切趾布拉格光柵，研究微納光纖布拉格光柵室溫老化的物理機制，為完善器件的機理奠

4、定基礎。
　　(3)提出一種新穎的在線型偏振相關微納光纖干涉儀(PD-MFI)，研究其偏振相關性的機理及其透射光譜的“游標卡尺效應”，實現(xiàn)該器件的制備，獲得透過率抑制比在x和y偏振態(tài)上分別為12dB和20dB的PD-MFI；基于PD-MFI，提出并實現(xiàn)了一種結構簡單、成本低廉、與光纖通信系統(tǒng)完全兼容的多極UWB信號全光產(chǎn)生的方案，獲得極性可調的、頻譜形狀滿足FCC規(guī)定的Doublet UWB信號。其中，正極性Doublet UWB

5、信號的中心頻率高達6.36GHz，-10dB帶寬達7.86GHz；負極性的Doublet UWB信號中心頻率為5.00GHz，-10dB帶寬達7.97GHz。
　　(4)提出一種基于高折射率差微納光纖對的、結構簡單的在線光子帶陷濾波器，理論上研究該器件的帶陷窄、單凹陷波長范圍寬、以及結構緊湊等特點；在實驗中，獲得透過率抑制比超過30dB，單凹陷波長范圍高達312nm的帶陷濾波器；通過優(yōu)化微納光纖直徑，在1.4μm-1.6μm波段范

6、圍內，實現(xiàn)了-10dB帶寬低至2.24nm、器件長度小于500μm的單凹陷帶陷濾波器，為簡單微型化光器件的研究提供良好的思路。
　　(5)首次報道一種在線紅外激光燒蝕制備石英微球的方法，并展示一種新穎的、諧振波長寬帶可調的Fe3O4納米顆粒摻雜的石英微球諧振器。該微球具有獨特的區(qū)域性光學吸收特性——回音壁模式的損耗低，而垂直其表面進入微球的光波的損耗高。利用微納光纖倏逝耦合技術，實驗獲得了FSR為27.7nm、透過率抑制比達13d