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文檔簡介
1、微結(jié)構(gòu)光纖具有豐富的包層微結(jié)構(gòu)和新穎獨(dú)特的波導(dǎo)特性,為實(shí)現(xiàn)高性能的光纖光子器件提供了通用平臺(tái)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。由于溫敏液體、液晶、磁流體、光致異構(gòu)分子等材料具有優(yōu)異的熱、電、磁、光等特性,一旦植入光纖微結(jié)構(gòu)中就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光纖的傳導(dǎo)機(jī)制、模式、耦合、色散特性、偏振、雙折射等特性的外場調(diào)控。因此,開展基于功能材料植入的微結(jié)構(gòu)光纖器件研究有助于理解光與物質(zhì)相互作用的機(jī)理,促進(jìn)新型高靈敏傳感器件和有源器件的發(fā)展,不僅對(duì)現(xiàn)代光纖通信技術(shù)和光纖傳感技術(shù)具
2、有重要的意義,而且對(duì)生化探測、光流體科學(xué)、集成光子學(xué)的發(fā)展也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
本文結(jié)合國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、國家自然科學(xué)基金、天津市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的研究目標(biāo)和內(nèi)容,以功能材料與微結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)兼容與功能集成為途徑,針對(duì)微結(jié)構(gòu)光纖植入波導(dǎo)的諧振耦合機(jī)制、可調(diào)諧特性、高性能傳感特性、有源器件集成等方面開展了全面、系統(tǒng)、深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究。本論文主要的研究工作和創(chuàng)新性成果如下:
1、首次提出并詮釋了
3、單孔微流材料植入的微結(jié)構(gòu)光纖中雙生諧振耦合現(xiàn)象和機(jī)制。分別從理論和實(shí)驗(yàn)上闡釋了雙生諧振耦合機(jī)制的本質(zhì)、來源和產(chǎn)生條件,證明了幾何對(duì)稱結(jié)構(gòu)中波導(dǎo)材料折射率與模式折射率的波長對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用雙生諧振耦合峰對(duì)外界環(huán)境參量變化的超靈敏光譜響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)290nm/℃(739796nm/RIU)或591.84nm/N(701.204pm/με)的傳感靈敏度,比傳統(tǒng)光纖傳感器高出2-4個(gè)數(shù)量級(jí),為當(dāng)時(shí)報(bào)道的光纖類傳感器中的最高值。利用這種超靈敏的光譜
4、響應(yīng)以及雙生諧振耦合峰相反的漂移趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)了緊湊、高靈敏、多參量的全光纖傳感器。
2、提出了一種新型微流輔助的微結(jié)構(gòu)光纖拍頻干涉儀傳感器。利用植入液芯引入的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)使雙模微結(jié)構(gòu)光纖中LP11模式兩分量的色散曲線產(chǎn)生分離,導(dǎo)致與纖芯LP01基模形成兩套頻率接近卻又不相等的干涉。由于兩套干涉頻率間的細(xì)微差別,疊加后的傳輸光譜形成了拍頻干涉效應(yīng)。經(jīng)過深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,明晰了拍頻干涉中高低頻分量的產(chǎn)生機(jī)理、傳感特性以及影響靈
5、敏度的因素。利用拍頻干涉光譜中高低頻分量對(duì)外界參量變化響應(yīng)的顯著差異,實(shí)驗(yàn)上獲得了低頻包絡(luò)(高頻干涉峰)-959.22pm/℃(-70.59pm/℃)和24.26nm/N(-3.14nm/N)的響應(yīng)。靈敏度較普通光纖干涉儀光譜高出1至2個(gè)數(shù)量級(jí),可應(yīng)用于物理、生化領(lǐng)域的多參量傳感。
3、提出一種基于簡化空芯微結(jié)構(gòu)光纖的可控雙微球激光器的新技術(shù)和新機(jī)制。首先,利用簡化空芯光纖內(nèi)置納米波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了與微腔的高效耦合以及nJ級(jí)別的超低閾
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