發(fā)布時間：2017-12-09 04:02

  本文關(guān)鍵詞：微光纖器件非線性光學效應(yīng)研究

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【摘要】：隨著微型化成為光子學的主要發(fā)展趨勢,微光纖作為一種典型的微納光學波導,吸引了越來越多研究者的關(guān)注。微光纖是直徑在微米或亞微米量級的光導纖維,雖然與傳統(tǒng)光纖的材料構(gòu)成相似,但因為尺寸的縮小,基本性質(zhì)發(fā)生了巨大改變。微光纖具有強光場約束、強倏逝場、高機械強度、高彎曲韌性、低插入損耗等優(yōu)點,尤其是對光場的強約束性,顯著降低了非線性效應(yīng)的閾值。另一方面,由于作用尺度的減小,微光纖中的非線性光學效應(yīng)展現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)光纖的新穎特性。本論文主要關(guān)注微光纖中特殊的二次諧波產(chǎn)生效應(yīng)、布里淵散射效應(yīng),以及微光纖布拉格光柵中光致應(yīng)變主導的非線性光學效應(yīng),具體研究內(nèi)容如下:(1)微光纖表面二次諧波效應(yīng)�；谖⒐饫w表面非線性的二階極化將導致表面二次諧波的產(chǎn)生,這種現(xiàn)象與傳統(tǒng)光纖中的諧波產(chǎn)生效應(yīng)存在較大差別。本文總結(jié)了這一現(xiàn)象的產(chǎn)生機理,探討了微光纖中相位匹配的實現(xiàn)方式,以及描述這一非線性過程的耦合波方程。在此基礎(chǔ)上,通過理論計算論證了槽型微結(jié)構(gòu)對于表面二次諧波的增強作用。計算結(jié)果表明,槽型微結(jié)構(gòu)對于二次諧波產(chǎn)生效率的提升可達1個量級以上。(2)微光纖布里淵散射效應(yīng)。與標準單模光纖的單峰布里淵譜不同,微光纖的布里淵散射譜表現(xiàn)出獨特的多峰結(jié)構(gòu)。本文首先從理論上探討了這一特殊現(xiàn)象,研究內(nèi)容包括微光纖受激散射的主要驅(qū)動力、微光纖中的聲學模式、布里淵耦合系數(shù)以及微光纖布里淵散射的相位匹配條件。在此基礎(chǔ)上,首次通過實驗研究了單峰布里淵散射譜向多峰布里淵散射譜的動態(tài)轉(zhuǎn)化過程、布里淵散射信號的空間分布特性,并對實驗過程中出現(xiàn)的各種演化現(xiàn)象給出了合理的解釋。此外,本文還研究了微光纖布里淵散射的應(yīng)變傳感特性,通過實驗測量得到腰區(qū)TR21模和R02模散射峰的應(yīng)變靈敏度分別為0.008609和0.02004MHz/με,并測試了應(yīng)變傳感的回復性。上述研究結(jié)果闡明了微光纖布里淵散射的物理機制,進一步揭示了其區(qū)別于傳統(tǒng)布里淵散射的獨特性質(zhì),為將來的應(yīng)用研究打下了堅實的基礎(chǔ)。(3)微光纖布拉格光柵非線性全光調(diào)控效應(yīng)。本文對微光纖布拉格光柵獨特的非線性光學特性也展開了積極的探索。作為準備,首先研究了微光纖布拉格光柵的制備方法,通過聚焦離子束刻蝕,得到了調(diào)制強度為10-2并具有良好光學性能的微光纖布拉格光柵。接下來,研究了所制備光柵的力學傳感特性,通過測量發(fā)現(xiàn),直徑2.5μm的微光纖布拉格光柵拉力靈敏度可達3146nm/N,比普通光柵高出3個量級。此結(jié)果說明微光纖布拉格光柵有可能響應(yīng)光壓等微弱的作用力�；谶@樣的認識,本文利用非線性耦合模方程,分析了微光纖布拉格光柵在克爾效應(yīng)和光壓共同影響下的非線性光學效應(yīng)。計算結(jié)果表明,光壓引發(fā)的光致應(yīng)變主導了微光纖布拉格光柵的非線性過程,破壞了光學雙穩(wěn)態(tài)的形成條件,產(chǎn)生了全新的非線性全光調(diào)控效應(yīng)。利用這種效應(yīng),可以實現(xiàn)對光柵帶寬的全光調(diào)控,并得到可調(diào)的群延遲特性。綜上所述,我們對微光纖器件獨特的表面二次諧波效應(yīng)、多峰布里淵散射效應(yīng)和非線性全光調(diào)控效應(yīng)進行了有意義的探索和研究。這些新穎的非線性光學效應(yīng),為微納光子學器件的進一步發(fā)展提供了有利的契機,在微型化光纖激光器、傳感器以及全光調(diào)控器件等領(lǐng)域中都有著巨大的應(yīng)用潛力。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O437;TN253

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本文編號：1268979