納米磁流體的光學性質(zhì)及其在光子器件上的應用研究.pdf

1、磁流體是一種具有磁性的納米材料，它具有液體的流動性和光學性質(zhì)可調(diào)諧的特點，是一種新型的光學功能材料。本論文主要研究納米磁流體的相關(guān)光學性質(zhì)，并探討其在光子器件上的應用。 了解磁流體的折射率是將其應用在光學領(lǐng)域的重要前提，我們發(fā)展了一種“光纖端面后向反射法”來測量磁流體的折射率，這種方法的優(yōu)點是：簡便、快速、可有較好的精確度和靈敏度(取決于有關(guān)參數(shù))、沒有磁流體折射率極大值的限制要求，等等。實驗研究了磁流體的折射率與濃度和溫度的關(guān)

2、系，發(fā)現(xiàn)它們之間都是呈線性關(guān)系，由實驗結(jié)果得出磁流體的熱光系數(shù)約為-2.4×10<’-4>℃<’-1>，這些結(jié)論對磁流體的光學應用具有較大的參考價值。 由于磁流體的吸收系數(shù)相對較大，當激光束照射到磁流體上時，它會吸收一部分激光能量，這對其本身的光學性質(zhì)會有影響。我們研究了磁流體的激光自誘導熱光效應。當一個功率適當?shù)募す馐ㄟ^磁流體時，磁流體的折射率呈現(xiàn)空間非均勻分布，它具有光學透鏡的效應，會使激光束發(fā)散，并且在遠場形成球差干涉環(huán)

3、，稱為熱透鏡效應。理論分析和實驗研究表明，當入射光功率不太大時，激光束的發(fā)散角與入射光功率呈線性關(guān)系，而當入射光功率較大時，對流的產(chǎn)生會破壞這種線性關(guān)系。實驗還發(fā)現(xiàn)，外加平行磁場會抑制這種透鏡效應，我們通過分析認為，主要有兩個物理過程在起作用：磁場誘導質(zhì)量輸運和相分離。另外，我們還初步研究了磁流體熱透鏡效應在光學限幅上的應用，結(jié)果表明，利用磁流體的熱透鏡效應有可能制出閾值可調(diào)的光學限幅器。 磁流體可調(diào)諧光學性質(zhì)非常有利于可調(diào)諧光

4、子器件的制作，我們研究了三類可調(diào)諧磁流體光子器件：可調(diào)諧光柵，可調(diào)諧光纖調(diào)制器和濾波器。可調(diào)諧磁流體光柵是利用外磁場來改變光柵的折射率調(diào)制和吸收系數(shù)調(diào)制，進而實現(xiàn)衍射效率的調(diào)節(jié)，實驗觀察到零階衍射光和一階衍射的衍射效率比值由10.46變化到0.27?？烧{(diào)諧磁流體光纖調(diào)制器是指其調(diào)制深度可由外磁場調(diào)節(jié)。這個調(diào)制器是利用磁流體對光纖倏逝場的衰減與外磁場強度有關(guān)的原理工作的，我們所制出的調(diào)制器的最大調(diào)制深度和最快響應時間分別為18％和0.4秒