功能材料填充微結(jié)構(gòu)光纖光子器件的研究.pdf

1、基于功能材料填充的微結(jié)構(gòu)光纖結(jié)合了填充材料的物理性能與光纖的微納結(jié)構(gòu)，具有設(shè)計(jì)靈活、外場(chǎng)調(diào)諧、易于集成和全光纖化等優(yōu)點(diǎn)，為新型光纖光子器件的發(fā)展提供了重要的平臺(tái)。本文從液晶、磁流體、金、鋁等功能材料的折射率特性出發(fā)，合理設(shè)計(jì)光纖氣孔結(jié)構(gòu)及填充位置，研究了功能材料填充微結(jié)構(gòu)光纖的模式耦合規(guī)律，并對(duì)光子器件性能進(jìn)行了表征。
　　首先，在石英基微結(jié)構(gòu)光纖包層的一個(gè)空氣孔中設(shè)計(jì)填充了外場(chǎng)調(diào)諧的折射率材料，研究了外場(chǎng)對(duì)纖芯模與缺陷模耦合的影

2、響。結(jié)果表明，當(dāng)功能材料填充空氣孔臨近纖芯時(shí)，纖芯模與缺陷模表現(xiàn)為完全耦合。耦合強(qiáng)度較高，而限制損耗譜銳度較低。當(dāng)功能材料填充空氣孔與纖芯較遠(yuǎn)時(shí)，纖芯模與缺陷模表現(xiàn)為非完全耦合。耦合強(qiáng)度較低，但限制損耗譜銳度較高。通過(guò)外場(chǎng)改變填充材料折射率，可以調(diào)節(jié)纖芯模與缺陷模間的耦合，從而可以實(shí)現(xiàn)光纖傳感。
　　其次，在雙芯石英基微結(jié)構(gòu)光纖中兩個(gè)纖芯中間的一個(gè)空氣孔設(shè)計(jì)填充了向列相液晶，研究了液晶的電場(chǎng)、溫度等折射率調(diào)控性能對(duì)其偏振分束特性的

3、影響。高折射率液晶只在兩個(gè)纖芯中間的一個(gè)空氣孔中填充，保證了光傳導(dǎo)模式仍然為折射率引導(dǎo)型，并獲得了寬帶寬的偏振分束器。容差特性分析表明設(shè)計(jì)的偏振分束器在1％的制作誤差范圍內(nèi)具有較好的偏振分束特性。
　　然后，在單芯、雙芯、三芯微結(jié)構(gòu)光纖中設(shè)計(jì)填充了金金屬材料，研究了表面等離子體共振效應(yīng)對(duì)其偏振濾波、分束特性的影響。利用纖芯模與表面等離子體模間的級(jí)聯(lián)共振效應(yīng)，獲得了超寬帶寬的單芯微結(jié)構(gòu)光纖偏振濾波器。利用表面等離子體共振效應(yīng)對(duì)雙芯、

4、三芯微結(jié)構(gòu)光纖纖芯超模的折射率調(diào)控性能，獲得了具有高消光比、寬帶寬、低插入損耗、短耦合長(zhǎng)度等優(yōu)異性能的偏振分束器。
　　最后，在微結(jié)構(gòu)光纖中設(shè)計(jì)填充了擁有低熔點(diǎn)的鋁金屬材料，研究了表面等離子體共振效應(yīng)對(duì)其偏振濾波、傳感特性的影響。利用相互正交偏振方向上具有顯著差異的纖芯模與表面等離子體模耦合特性，獲得了超短光纖長(zhǎng)度和超寬帶寬的偏振濾波器。利用分析物折射率對(duì)纖芯模與表面等離子體模耦合強(qiáng)度的調(diào)控性能，獲得了高靈敏度和寬測(cè)量范圍的的強(qiáng)度