基于微納光纖的無源微小光學(xué)器件的研究.pdf

1、微型化、集成化，是光學(xué)器件未來的一個重要發(fā)展趨勢。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)集成化的目標(biāo)還有較遠(yuǎn)的距離。微納光纖作為微納光子學(xué)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(xué)器件微型化集成化的基本構(gòu)建單元，在光纖傳感、光纖通信及信號處理、微波光子學(xué)、原子與量子光學(xué)、光力學(xué)等領(lǐng)域引起廣泛的研究興趣。關(guān)于微納光纖的材料、制備工藝、器件設(shè)計

2、與裝配、封裝及應(yīng)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(xué)中應(yīng)用，主要包括以下內(nèi)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(chǔ)，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(yīng)用研究打下堅實的基礎(chǔ)。
　　(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(yīng)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(yīng)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(shù)，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(diào)制深度，獲得透過率抑制比高于23dB、3dB反射帶寬達(dá)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(chǔ)。
　　(3)提出一種新穎的在線型偏振相關(guān)微納光纖干涉儀(PD-MFI)，研究其偏振相關(guān)性的機理及其透射光譜的“游標(biāo)卡尺效應(yīng)”，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(jié)構(gòu)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(diào)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(dá)6.36GHz，-10dB帶寬達(dá)7.86GHz；負(fù)極性的Doublet UWB信號中心頻率為5.00GHz，-10dB帶寬達(dá)7.97GHz。
　　(4)提出一種基于高折射率差微納光纖對的、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dá)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(nèi)，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(diào)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(xué)吸收特性——回音壁模式的損耗低，而垂直其表面進(jìn)入微球的光波的損耗高。利用微納光纖倏逝耦合技術(shù)，實驗獲得了FSR為27.7nm、透過率抑制比達(dá)13d