折射率引導型微結構光纖聲光模式耦合機制及應用研究.pdf

1、聲波調制能夠在光纖軸向產生周期性的折射率調制，從而形成所謂聲致光纖光柵。同利用傳統(tǒng)方式制作的長周期光纖光柵相比，聲致光柵具有周期性特征和折射率調制度靈活可控的特點，因此聲致光纖光柵方面的研究近年來引起了各國學者的研究興趣。而微結構光纖由于其光纖截面周期性空氣孔排列的引入極大地增強了光纖結構的靈活性，從而為光纖聲光器件的研究提供了新的契機。
　　根據導光機制的不同，微結構光纖可分為折射率引導型光纖和帶隙引導型兩類。本文以具有固體纖芯

2、和包層具有空氣孔排列的折射率引導型微結構光纖為主要研究對象，從耦合模理論出發(fā)，理論分析了微結構光纖中聲光模式耦合機制同時實驗研究了聲致微結構光纖光柵的聲光可調諧特性，并在此基礎上進一步研究了級聯(lián)聲致微結構光纖光柵的聲光可調諧特性。此外為解決側向聲波調制造成的聲致微結構光纖光柵透射光譜中的諧振峰分裂現(xiàn)象，對聲致雙折射現(xiàn)象進行了深入研究并提出了利用折射率引導型微結構光纖抑制聲致雙折射的方法。在對聲致微結構光纖聲光模式耦合作用的基本特性研究基

3、礎上，本文最后介紹了在微結構光纖聲光功能器件方面的研究。本文的主要研究工作包括如下方面:
　　1.從微結構光纖的耦合模理論出發(fā)，對于微結構光纖-單模光纖結構混合型聲致光纖光柵中光波模式耦合特性進行了理論研究和實驗驗證。同時研究了這種混合型光纖光柵的透射光譜的聲頻調諧特性及其在不同調制信號電壓下和不同溫度下的過耦合特性。此外還在實驗中采用雙波源激勵法在微結構光纖中產生疊加聲場作用導致的級聯(lián)聲致光纖光柵，利用疊加聲場的波動方程確定了聲

4、場作用區(qū)域的聲波振幅分布。通過實驗觀測聲致光纖光柵的透射光譜特性隨調制信號電壓的變化驗證了對疊加聲場產生折射率調制作用的相關理論分析。
　　2.在微結構光纖中聲致雙折射現(xiàn)象的研究方面，通過對柚子型光纖輸出端橫向模場強度分布的實驗觀察證實了由聲波雙折射效應在微結構光纖軸向建立起周期不同的正交聲致光纖光柵，從理論上分析了該現(xiàn)象產生的原因。進一步的實驗研究表明利用折射率引導型微結構光纖包層的周期性空氣孔陣列能夠對聲波振動產生一定程度的衰

5、減作用，利用這一效應能夠有效抑制單模光纖聲致光纖光柵中普遍存在的聲致雙折射導致諧振峰分裂現(xiàn)象。
　　在以上對微結構光纖中聲光模式作用基本特性相關研究的工作基礎上，進一步設計并實驗研究了三種基于聲致微結構光纖光柵的功能器件。首先對纖芯為空芯的類Kagomé型微結構光纖的聲光模式耦合特性進行了理論分析和實驗研究，并對其應變傳感特性進行了初步研究。進一步考慮到微結構光纖的可填充性，實驗研究了包層空氣孔陣列填充水的微結構光纖聲光模式耦合特