亞微米液芯光纖的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著器件設(shè)計(jì)理論和制備工藝技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)器件工作性能和能量消耗等要求的提高，減小器件尺寸、提高集成度，將光子器件與微電子、光電子器件在納米尺度上混合集成己經(jīng)成為必然趨勢(shì)，這就要求光波導(dǎo)線(xiàn)寬向亞波長(zhǎng)和納米尺寸發(fā)展。到上個(gè)世紀(jì)末，隨著光纖拉錐制造技術(shù)的發(fā)展，直徑達(dá)到亞微米和納米量級(jí)的新型光纖由于其較小的尺寸和很好的非線(xiàn)性與色散性質(zhì)又重新引起了大家的強(qiáng)烈興趣。同時(shí)，液芯光纖是一種新型的結(jié)構(gòu)的光傳輸器件，具有大芯徑、大數(shù)值孔徑、能量傳輸效率

2、高，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，特別適合用于非線(xiàn)性光學(xué)研究、光譜研究、熒光檢測(cè)等方面。 本文結(jié)合液芯光纖與目前先進(jìn)的光纖拉錐技術(shù)，創(chuàng)造性的提出了亞微米液芯光纖，并從理論與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)它進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 我們從三層的圓柱模型出發(fā)，利用麥克斯韋方程組和邊界條件，理論上系統(tǒng)的研究了亞微米液芯光纖的傳輸特性，并與傳統(tǒng)的亞微米二氧化硅光纖的性質(zhì)一一做了比較。以二硫化碳作為纖芯為例，我們完成了理論上的模擬工作。主要研究了包括傳播常數(shù)、單模

3、條件、模場(chǎng)分布、傳輸效率、非線(xiàn)性參數(shù)、群速度以及總色散等重要的參數(shù)。研究理論模擬的結(jié)論表明：相比與亞微米二氧化硅光纖，亞微米液芯光纖對(duì)纖芯中傳播的能量具有更強(qiáng)的束縛作用；由于液體本身較大的三階非線(xiàn)性系數(shù)和亞微米尺度下比較小的有效作用面積，亞微米液芯光纖具有很大的非線(xiàn)性參數(shù)；在我們研究的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，亞微米液芯光纖的總色散始終為負(fù)且不存在色散零點(diǎn)。我們研究的亞微米液芯光纖，當(dāng)其液體芯徑減小到小于1個(gè)微米時(shí)，外徑仍然保持在幾個(gè)到數(shù)十個(gè)微米。與

4、傳統(tǒng)的亞微米二氧化硅光纖相比，這樣的光纖更易拉制，且使用中具有更高的力學(xué)穩(wěn)定性。 對(duì)于亞微米液芯光纖，通過(guò)充入不同材料的高折射率的液體，我們可以得到具有不同傳播性質(zhì)的亞微米液芯光纖，滿(mǎn)足不同科學(xué)研究的需要。因此我們接下來(lái)分別計(jì)算了以二硫化碳（carbon disulfide）甲苯（Toluene）硝基苯（Nitrobenzene）苯（Benzene）四種液體材料為纖芯的亞微米液芯光纖的各種傳播參量，并在最后通過(guò)求解非線(xiàn)性薛定諤方

5、程，模擬了超短脈沖在光纖中傳輸產(chǎn)生超連續(xù)譜的過(guò)程。最后結(jié)論表明通過(guò)調(diào)整液體材料的種類(lèi)或調(diào)整光纖的直徑，我們可以得到可調(diào)諧的非線(xiàn)性參數(shù)和光纖的總色散。之后我們?nèi)￠L(zhǎng)度為1cm，內(nèi)徑為0.5m的充滿(mǎn)二硫化碳的亞微米液芯光纖為例，得到了相應(yīng)的超連續(xù)光譜模擬結(jié)果。該超連續(xù)譜具有大約1000nm的譜寬，且相比于傳統(tǒng)的方法，我們需要的光纖長(zhǎng)度短得多。利用液體的折射率對(duì)溫度具有很大的敏感性這個(gè)特性，把甲苯與氯仿的混合物充入空心光纖之中形成混合型液芯光纖