微結(jié)構光纖非線性特性及功能器件的研究.pdf

1、結(jié)合國家973課題"基于微結(jié)構光纖光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎研究"的主要目標：(1)揭示微結(jié)構光纖中新的調(diào)諧機制及非線性機理；(2)研制出各種基于微結(jié)構光纖的通信光電子器件；(3)研制出基于微結(jié)構光纖的集成光纖器件等，對微結(jié)構光纖(micro-structure fiber，MF)的非線性特性和功能器件進行了理論與實驗研究。主要研究內(nèi)容和初步取得的創(chuàng)新性研究成果概括如下： (1)研究了MF的傳導特性，發(fā)現(xiàn)摻鍺MF的模式截止廓線與

2、純硅MF模式截止廓線相比向低d/A側(cè)漂移；提出將摻鐿MF進行拉錐可將非線性系數(shù)提高3個量級以上，但是對于一定結(jié)構的MF，有最佳錐腰，并且為了最大限度地提高拉錐摻鐿MF的非線性系數(shù)，歸一化錐長一定要大于30微米；發(fā)現(xiàn)小空氣孔間距(∧～λ)、大空氣孔徑的純硅MF可以在短波700nm附近獲得將近300nm/ps/km的大反常色散。 (2)研究了隨機不規(guī)則結(jié)構對微結(jié)構光纖特性的影響，發(fā)現(xiàn)理想結(jié)構MF的非線性系數(shù)越大，它的非線性特性就越容

3、易被不規(guī)則結(jié)構所消弱；不規(guī)則結(jié)構使色散圍繞理想值上下波動；隨機無序的空氣孔結(jié)構比隨機不均勻的空氣孔結(jié)構更容易使非線性系數(shù)和色散的分布彌散；大間距和小孔徑MF的非線性系數(shù)對結(jié)構的不規(guī)則性不敏感，并且此結(jié)構有利于保持MF的色散特性。 (3)研究了微結(jié)構光纖的模式特性，發(fā)現(xiàn)當光場從單模光纖入射到MF時，所激勵的模式數(shù)量以及各模式的耦合效率都隨MF的結(jié)構參數(shù)的變化而不同，只有當MF模場直徑與單模光纖模場直徑相等時，所激勵的基模的耦合效率

4、最大，高階模式的耦合效率最低；發(fā)現(xiàn)在微結(jié)構光纖內(nèi)具有全波導對稱的模式同時也具有組合對稱性，并且它們是非簡并的，那些僅具有組合對稱的模式是簡并的；發(fā)現(xiàn)了微結(jié)構光纖內(nèi)的多模相干現(xiàn)象，多模相干的特性取決于微結(jié)構光纖的結(jié)構參數(shù)。 (4)研究了微結(jié)構光纖光柵的特性，發(fā)現(xiàn)只有當MF(1)支持高階內(nèi)包層傳導，(2)高階內(nèi)包層模式滿足相位匹配條件，(3)耦合系數(shù)K<,i>>>0，即高階內(nèi)包層模式的電場與正向傳導纖芯模式在柵區(qū)有效的重疊時MF B

5、ragg光柵(MF-FBG)才支持多諧振峰；此外光敏光纖纖芯尺寸不但會影響MF-FBG各階諧振峰的諧振波長，還會影響MF-FBG各階諧振峰的諧振強度。 (5)研究了基于微結(jié)構光纖的全光開關。提出將高非線性MF(HN-MF)和雙向抽運摻餌光纖放大器引入Sagnac環(huán)形鏡內(nèi)可以實現(xiàn)低開關功率的全光開關。理論推導出光開關的開關功率與放大器的增益倍數(shù)和MF非線性系數(shù)的積呈反比，因此可以通過提高放大器的增益倍數(shù)和增大HN-MF的非線性系數(shù)

6、降低開關功率，在實驗中所得開關功率約40mW，并且信號光透過率隨控制脈沖光峰值功率呈余弦變化，理論分析與實驗結(jié)果相吻合。 (6)對基于高非線性MF的波長轉(zhuǎn)換進行了研究，實驗中發(fā)現(xiàn)當泵浦光的調(diào)諧范圍遠離高非線性微結(jié)構光纖的零色散波長且在負色散區(qū)時，相位匹配條件依然可以獲得，從而克服了零色散波長對四波混頻效應的限制，使基于四波混頻效應的波長轉(zhuǎn)換更加靈活。在實驗中我們利用20m長的高非線性微結(jié)構光纖，泵浦光遠離零色散波長，對相干光和非