论文摘要
由于微纳光子器件在尺寸和光学传输特性上的优势,使其在光通信、全光信号处理和光学传感等方面具有很大的应用价值。近年来基于氧化硅光纤的亚波长尺度波导的出现引起了研究者的极大关注。本文从制备和器件应用两方面研究了具有高光学质量的亚波长直径光波导作为低损耗光波导的应用前景。在制备部分,我们的实验表明,在制备较长、直径均匀的亚波长直径氧化硅线的过程中,维持一个不随氧化硅线直径动态变化并且具有稳定的高温加热区是非常关键的。通过研究现有的拉锥技术,首次提出用条形电加热器来制备亚波长直径光纤,这种电加热器拥有加热源清洁,无燃烧产物,升温速度快,加热腔体大且容易保持恒温等优势。用这种新的制备方法我们成功制备出直径低至650nm,长达10cm量级,光学损耗在0.1dB/ cm左右的亚微米直径光纤,并且制备的亚微米光纤两端留有锥形过渡区连接标准单模光纤,这样可以方便的将激光耦合进入光纤。与普通的单模光纤比较,我们制备的亚微米光纤在非线性光频率转换方面有突出的优势。在应用研究部分,第一个工作是首次提出了将微纳光纤环形谐振腔用于光学传感并计算和优化了相关参量。由于微纳米光纤有较大的瞬逝场在空气包层中传输,虽已有研究报道将其用于光学传感,但将基于其的微环谐振腔用于光学传感却没有相关研究报道。相比基于集成波导的微环谐振腔,基于微纤的环形谐振腔更易于制作及操纵,且可以在垂直方向制作成多环谐振腔。当环境媒质折射率改变时,若输入光信号为宽带光源,则谐振峰对应的波长值将会随之漂移;若输入光信号为单波长光源,则透射光功率将随之改变。计算结果表明其灵敏度可以达1μm/RIU,探测极限为10-5RIU改变量。并优化了影响灵敏度、探测极限、Q因子等指标的关键参量,对后续的相关实验有很大的实际指导意义。第二个工作是提出了一种新型的、紧凑的、可调谐快慢光器件,且可实现较大的时间延迟/超前。基于超模理论,得出了耦合结构中超模的群折射率及群速度色散,结果表明在相配匹配波长附近可以形成极大的色散。当将光从在独立波导传输转变到（通过改变光学纳米线间距使两根纳米线发生耦合）在耦合结构中传输时,超模相对于独立纳米波导的本征模式群折射率的差值可以实现快光/慢光传输,然后通过改变间距来实现时延大小的调谐。同时通过数值计算研究了相关结构参量对于可得到的时延及色散的影响,并发展了一个简化的解析模型,结果表明10mm长的器件对一个2ps的输入脉冲可以实现15.9ps的延迟/超前。对于已有的相关技术此器件有很多独特的优势。第三个工作是提出了基于玻璃丝表面波导的环形谐振腔传感器。在玻璃丝表面通过银离子扩散制作一层折射率高于玻璃丝芯层的波导,从而在玻璃丝截面上形成环形谐振腔。通过拉锥光纤将工作光耦合到环形谐振腔中,用光谱仪在出射端测量谐振峰的变化来得到玻璃丝周围环境折射率的变化。我们对这种传感器结构进行了数值模拟以及结构参数的优化。理论计算得到的灵敏度最高为80nm/RIU,探测极限为10-5 RIU量级。我们所提出的基于玻璃丝表面波导的环形谐振腔传感器有两个优势。第一,灵敏度较高,与现有其他光学传感器相当或更高;第二,在具有较高灵敏度的同时,相比于其他传感器这种传感器结构制备十分简单,可使用较低的成本获得较好的传感效果。同时我们使用直径为30μm的BK7玻璃丝进行了扩散表面波导的初步实验,通过玻璃丝截面SEM和XRD扫描,我们观察到了玻璃丝端面的银离子浓度分布,证明了表面波导的存在。
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- [6].1维高反射等腰三角形亚波长光栅的研究[J]. 激光技术 2020(03)
- [7].表面亚波长周期结构的飞秒激光调控制备[J]. 激光与光电子学进展 2020(11)
- [8].表面等离子体亚波长光学的研究[J]. 北京工商大学学报(自然科学版) 2009(01)
- [9].亚波长孔阵透射增强特性的FDTD数值仿真[J]. 云南大学学报(自然科学版) 2008(05)
- [10].基于亚波长光栅的高集成度垂直光耦合器[J]. 光学学报 2020(14)
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- [14].基于表面等离子激元的亚波长器件研究[J]. 浙江大学学报(工学版) 2010(02)
- [15].亚波长减反射光栅的研究进展[J]. 激光与光电子学进展 2010(06)
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- [24].亚波长微纳光学的前沿研究(二)[J]. 自然杂志 2012(06)
- [25].金属亚波长结构及其应用的最新进展[J]. 激光与光电子学进展 2009(10)
- [26].亚波长银粒子/孔的光谐振特性[J]. 光学学报 2009(05)
- [27].浅议亚波长周期结构的超强光透射问题[J]. 延安职业技术学院学报 2012(06)
- [28].亚波长孔阵列的太赫兹波异常透射研究[J]. 物理学报 2009(10)
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