基于聚合物材料涂敷的微納光纖低損耗連接及器件組裝方法研究.pdf

1、暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文題名（中英對(duì)照）：基于聚合物材料涂敷的微納光纖低損耗連接及器件組裝方法研究基于聚合物材料涂敷的微納光纖低損耗連接及器件組裝方法研究LowlossSplicingMicrofiberAssemblingMicrofiberDevicesBasedonPolymerCoat作者姓名：劉凌暉劉凌暉指導(dǎo)教師姓名及學(xué)位、職稱：關(guān)柏鷗博士教授關(guān)柏鷗博士教授學(xué)科、專業(yè)名稱：光學(xué)工程光學(xué)工程學(xué)位類型：學(xué)術(shù)學(xué)位學(xué)術(shù)學(xué)位論文提交日期：論

2、文答辯日期：答辯委員會(huì)主席：論文評(píng)閱人：學(xué)位授予單位和日期：暨南大學(xué)碩士學(xué)位論文（I）摘要摘要微納光纖是將傳統(tǒng)單模光纖熔融拉錐制成的直徑與波長(zhǎng)相近的光纖，這種極細(xì)的光纖在光學(xué)和機(jī)械性能上表現(xiàn)出一些傳統(tǒng)光纖無(wú)法比擬的特性。與傳統(tǒng)光纖器件相比，微納光纖器件不僅尺寸小巧，在構(gòu)成方式上也非常靈活，通過(guò)彎曲、扭轉(zhuǎn)、纏繞、排布等方式對(duì)微納光纖的空間幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行操控，能夠構(gòu)成多種小巧的光子器件。若能將這些器件有效連接在一起，將為多功能微納光學(xué)平臺(tái)和未

3、來(lái)的微納光子集成的實(shí)現(xiàn)提供可行途徑。要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，解決微納光纖之間的低損耗連接和器件的高效組裝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而，現(xiàn)有的連接和組裝方法面臨著連接損耗高、操作復(fù)雜、機(jī)械強(qiáng)度低等諸多缺點(diǎn)，不利于器件的進(jìn)一步集成。為了解決以上問(wèn)題，本文提出基于一種低折射率聚合物材料——高取代羥丙基纖維素涂敷的微納光纖低損耗、高機(jī)械強(qiáng)度的連接技術(shù)，進(jìn)而將該技術(shù)推廣用于微納光纖器件的高效組裝。本文主要開展了以下幾方面工作：首先在理論上闡述了微納光纖的倏逝場(chǎng)耦合

4、理論。本文將弱導(dǎo)近似下的的倏逝場(chǎng)定向耦合理論推廣到強(qiáng)波導(dǎo)情況，理論研究表明，聚合物涂敷在維持原有光纖折射率引導(dǎo)基本特性的同時(shí)重構(gòu)了光纖模場(chǎng)分布，對(duì)兩根平行緊貼的微納光纖進(jìn)行涂敷，相當(dāng)于使兩個(gè)強(qiáng)波導(dǎo)互相交疊，從而增加耦合效率，提高了耦合強(qiáng)度，為我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上低損耗連接和器件組裝的實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。第二部分提出了高取代羥丙基纖維素涂敷技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)材料優(yōu)選與參數(shù)優(yōu)化，探索出一套涂敷工藝流程?；谶@一技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了微納光纖之間的低損耗連接，

5、最小平均連接損耗約為0.26dB。連接點(diǎn)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受高達(dá)1N的軸向拉力。第三部分基于聚合物涂敷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多種微納光纖器件的組裝。這一方法能夠穩(wěn)定保持器件原有的光學(xué)結(jié)構(gòu)，基于聚合物涂敷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了環(huán)形諧振腔、Sagnac干涉儀、FP諧振腔及MachZehnder干涉儀等多種微納光纖器件。經(jīng)測(cè)試，采用聚合物涂敷技術(shù)組裝的器件能夠在20天內(nèi)保持穩(wěn)定的光學(xué)性能。同時(shí)，由于采用的涂敷材料具有比石英更低的折射率，能夠保持微納光纖的倏逝