论文摘要
微纳光子器件在近些年来吸引了很多研究者的注意,微纳光波导是这些光学现象和器件实现的最基本单元。微纳光纤作为一种典型的微纳光波导,因制备简单、损耗低而受到很大的关注。微纳光纤的突出特点是瞬逝波强,本文首先研究了微纳光纤的传播和模场特性,包括电场分布、光强分布、色散特性以及非线性系数。这为研究微纳光纤的特性和应用提供了理论基础。在微纳光纤的制备方面,我们首先讨论了氧化硅各种材料的特性,我们列举了其热力学与热特性、机械特性、光学特性、化学稳定性等特性。在拉锥光纤的制备方面,我们提出了条形电加热炉拉锥方法,并成功拉制出了直径在0.6～1μm,长度在十厘米左右的亚微米光纤。并将其应用于传感器的设计。在微纳光纤的应用部分,我们提出了基于玻璃丝表面波导的环形谐振腔传感器,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。用数值方法对其对环境折射率变化的反应能力进行了模拟,并在不同的情况下对传感器的结构参数进行优化,理论上的探测极限为10-5 RIU量级。我们在此结构的基础上将部分结构用折射率对温度敏感的材料硅酮代替,并模拟了其在温度传感中的应用。计算得到的理论灵敏度为464pm/K。最后我们进行了玻璃丝表面波导制备的初步实验,通过XRD端面扫描证明了波导的存在。