亞波長直徑氧化硅光波導(dǎo)的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、由于微納光子器件在尺寸和光學(xué)傳輸特性上的優(yōu)勢,使其在光通信、全光信號處理和光學(xué)傳感等方面具有很大的應(yīng)用價值。近年來基于氧化硅光纖的亞波長尺度波導(dǎo)的出現(xiàn)引起了研究者的極大關(guān)注。本文從制備和器件應(yīng)用兩方面研究了具有高光學(xué)質(zhì)量的亞波長直徑光波導(dǎo)作為低損耗光波導(dǎo)的應(yīng)用前景。
　　 在制備部分,我們的實驗表明,在制備較長、直徑均勻的亞波長直徑氧化硅線的過程中,維持一個不隨氧化硅線直徑動態(tài)變化并且具有穩(wěn)定的高溫加熱區(qū)是非常關(guān)鍵的。通過研究現(xiàn)

2、有的拉錐技術(shù),首次提出用條形電加熱器來制備亞波長直徑光纖,這種電加熱器擁有加熱源清潔,無燃燒產(chǎn)物,升溫速度快,加熱腔體大且容易保持恒溫等優(yōu)勢。用這種新的制備方法我們成功制備出直徑低至650nm,長達(dá)～10cm量級,光學(xué)損耗在0.1dB/cm左右的亞微米直徑光纖,并且制備的亞微米光纖兩端留有錐形過渡區(qū)連接標(biāo)準(zhǔn)單模光纖,這樣可以方便的將激光耦合進(jìn)入光纖。與普通的單模光纖比較,我們制備的亞微米光纖在非線性光頻率轉(zhuǎn)換方面有突出的優(yōu)勢。
　

3、　 在應(yīng)用研究部分,第一個工作是首次提出了將微納光纖環(huán)形諧振腔用于光學(xué)傳感并計算和優(yōu)化了相關(guān)參量。由于微納米光纖有較大的瞬逝場在空氣包層中傳輸,雖已有研究報道將其用于光學(xué)傳感,但將基于其的微環(huán)諧振腔用于光學(xué)傳感卻沒有相關(guān)研究報道。相比基于集成波導(dǎo)的微環(huán)諧振腔,基于微纖的環(huán)形諧振腔更易于制作及操縱,且可
　　 以在垂直方向制作成多環(huán)諧振腔。當(dāng)環(huán)境媒質(zhì)折射率改變時,若輸入光信號為寬帶光源,則諧振峰對應(yīng)的波長值將會隨之漂移；若輸入光

4、信號為單波長光源,則透射光功率將隨之改變。計算結(jié)果表明其靈敏度可以達(dá)～1μm/RIU,探測極限為～10-5RU改變量。并優(yōu)化了影響靈敏度、探測極限、Q因子等指標(biāo)的關(guān)鍵參量,對后續(xù)的相關(guān)實驗有很大的實際指導(dǎo)意義。
　　 第二個工作是提出了一種新型的、緊湊的、可調(diào)諧快慢光器件,且可實現(xiàn)較大的時間延遲/超前。基于超模理論,得出了耦合結(jié)構(gòu)中超模的群折射率及群速度色散,結(jié)果表明在相配匹配波長附近可以形成極大的色散。當(dāng)將光從在獨立波導(dǎo)傳輸轉(zhuǎn)

5、變到(通過改變光學(xué)納米線間距使兩根納米線發(fā)生耦合)在耦合結(jié)構(gòu)中傳輸時,超模相對于獨立納米波導(dǎo)的本征模式群折射率的差值可以實現(xiàn)快光/慢光傳輸,然后通過改變間距來實現(xiàn)時延大小的調(diào)諧。同時通過數(shù)值計算研究了相關(guān)結(jié)構(gòu)參量對于可得到的時延及色散的影響,并發(fā)展了一個簡化的解析模型,結(jié)果表明10mm長的器件對一個2ps的輸入脈沖可以實現(xiàn)15.9ps的延遲/超前。對于已有的相關(guān)技術(shù)此器件有很多獨特的優(yōu)勢。
　　 第三個工作是提出了基于玻璃絲表面

6、波導(dǎo)的環(huán)形諧振腔傳感器。在玻璃絲表面通過銀離子擴(kuò)散制作一層折射率高于玻璃絲芯層的波導(dǎo),從而在玻璃絲截面上形成環(huán)形諧振腔。通過拉錐光纖將工作光耦合到環(huán)形諧振腔中,用光譜儀在出射端測量諧振峰的變化來得到玻璃絲周圍環(huán)境折射率的變化。我們對這種傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬以及結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。理論計算得到的靈敏度最高為80nm/RIU,探測極限為10-5RIU量級。我們所提出的基于玻璃絲表面波導(dǎo)的環(huán)形諧振腔傳感器有兩個優(yōu)勢。第一,靈敏度較高,與現(xiàn)有其