微結構光纖,由于其結構設計的靈活多變性及傳統(tǒng)光纖無法比擬的優(yōu)異光學特性,極大地突破了傳統(tǒng)光纖的局限,為纖維光學帶來了一場深刻變革,為光纖技術及其應用領域的發(fā)展提供了新的發(fā)展途徑。近年來,微結構光纖及應用研究成為國內(nèi)外關注的熱點,為光通信、光傳感、光器件、量子光學、生物醫(yī)學等領域的發(fā)展瓶頸問題突破提供了新的契機。微結構光纖中存在的空氣孔為功能材料的修飾提供了天然的通道,材料修飾的微結構光纖集材料的優(yōu)異光學特性與微結構光纖靈活的結構設計于一體,為提升微結構光纖性能、擴展其應用范圍及新型光器件開發(fā)提供了新的途徑。本學位論文在國家自然科學基金項目和北京交通大學博士生創(chuàng)新基金項目的聯(lián)合資助下,開展基于金屬修飾微結構光纖的理論及實驗研究,重點圍繞著寬帶微結構光纖偏振濾波器、單模圓柱矢量光束模式選擇器以及高性能光纖傳感器開展深入研究。取得的主要創(chuàng)新成果如下:1.提出一種具有偏振濾波功能的鍍金膜微結構光纖。為提高鍍金膜的可行性,綜合考慮增強金屬表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）與減小鍍金膜對光纖損耗的影響,在微結構光纖設計中將包層第二圈空氣孔的一個空氣孔設計... 

【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

996年J.C.Knight研制的空氣孔微結構光纖(a)，1998年J.C.Knight研制的光子帶隙光纖(b)和空氣纖芯光子帶隙光纖(c)

為0.28±0.04dB/km，是目前報道的具有最低傳輸損耗的HC-ARF，其損耗值已逼近傳統(tǒng)單模光纖值，而空芯導光不再受材料損傷閾值的限制，可以很大程度消除光纖材料色散及非線性的影響，在空芯光纖長距離傳輸系統(tǒng)、高功率激光傳輸、脈沖壓縮、光纖陀螺和太赫茲導光等方面展示出巨大的應用潛力。HC-ARF較之HC-PBGF，不要求包層具有很強的周期性結構，因此降低了制作難度。此外，這種光纖的結構設計比較靈活，并且可以在較寬的窗口內(nèi)實現(xiàn)低損耗傳輸，這一特性為寬帶空芯光器件的研究提供了基礎，成為當前空芯光纖的研究熱點。圖1.2Kagome包層HC-ARF(a),負曲率HC-ARF(b),單層負曲率HC-ARF(c),單層管HC-ARF(e),雙包層連接管HC-ARF(f),六管套管HC-ARFFigure1.2TheHC-ARFwithKagomecladding(a),negativecurvatureHC-ARF(b),singlelayernegativecurvatureHC-ARF(c),HC-ARFwithtubularcladding(d),HC-ARFwithdoublecladconnectingpipe(e),HC-ARFwithsixnestedtubes(f).由于微結構光纖具有豐富的結構多變性，很多具有獨特光學性能的微結構光纖被設計和制作出，并應用于航天、通信、傳感等諸多領域。通過改變微結構光纖包層空氣孔的大小和排布，可實現(xiàn)很多獨特性能。如引

北京交通大學博士學位論文4入不同大小空氣孔，可打破光纖對稱性，實現(xiàn)保偏特性。2014年，美國OFS實驗室J.M.Fini等在HC-PBGF的纖芯兩側包層中引入對稱的兩個空心，利用諧振耦合效應抑制高階模，實現(xiàn)基模傳輸，結構如圖1.3(a)所示，模式雙折射可達10-3量級[37]。保偏微結構光纖在光纖通信、光學器件和光纖傳感等領域有著廣泛的應用，其中基于保偏微結構光纖的光纖陀螺在軍事領域具有不可估量的實用潛能。2015年，Yan等人采用保偏HC-PBGF和保偏耦合器形成諧振式光纖陀螺諧振腔，如圖1.3(b)所示。該光纖陀螺獲得高偏振穩(wěn)定性，長期穩(wěn)定度提高到0.007°/s[38]。圖1.3保偏HC-PBGF結構示意圖(a)和基于HC-PBGF的諧振式光纖陀螺諧振腔(b)Figure1.3ThestructuraldiagramofpolarizationmaintainingHC-PBGF(a)andtheresonantfiberopticgyroresonatorbasedonHC-PBGF(b)在微結構光纖中引入兩個或多個缺陷后，可形成雙芯或多芯微結構光纖。通過調(diào)節(jié)包層空氣孔大小和分布，可以調(diào)節(jié)兩纖芯之間發(fā)生耦合時的條件，從而實現(xiàn)光纖對光功率、波長和偏振態(tài)的選擇。2013年，本課題組提出一種低折射率纖芯雙芯微結構光纖[39]，在兩纖芯之間引入三個小圓孔，結構如圖1.4(a)所示。基于該光纖可實現(xiàn)50:50的耦合器。并且通過計算可得，在波長1.26μm到1.625μm的范圍內(nèi)，該耦合器的分光比誤差小于1%。2013年，諶鴻偉等人提出一種采用多芯微結構光纖實現(xiàn)高功率超連續(xù)譜產(chǎn)生的潛在方案[40]，光纖結構如圖1.4(b)所示。得到光譜范圍750nm到1700nm，平均功率42.3W的全光纖化高功率超連續(xù)譜輸出。多芯微結構光纖中各個纖芯之間的光場可以互相耦合，從而形成超模，無形中增大了有效模場面積，且由于包層空氣孔的存在，可實現(xiàn)零色散點調(diào)控，從而控制調(diào)節(jié)超連續(xù)譜位置和范圍。2019?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于石墨烯的光纖甲苯傳感研究[J]. 肖毅,鄭振東,李坤曉,梁振榮,馬可真,陳仡林.  激光與光電子學進展. 2016(06)
[2]Highly sensitive and wide-dynamic-range liquid-prism surface plasmon resonance refractive index sensor based on the phase and angular interrogations[J]. 蘭國強,劉書鋼,張學如,王玉曉,宋瑛林.  Chinese Optics Letters. 2016(02)
[3]多芯光子晶體光纖高功率超連續(xù)譜光源[J]. 諶鴻偉,陳勝平,劉通,陳子倫,侯靜,陸啟生,韋會峰,李江,童維軍.  強激光與粒子束. 2013(05)
[4]金納米棒的光學性質(zhì)研究進展[J]. 柯善林,闞彩俠,莫博,從博,朱杰君.  物理化學學報. 2012(06)
[5]用于寬帶偏振無關耦合器的雙芯光子晶體光纖[J]. 王立文,婁淑琴,陳衛(wèi)國,鹿文亮,王鑫.  中國激光. 2012(06)
[6]基于超連續(xù)譜的光子晶體光纖表面等離子體效應[J]. 黃值河,侯靜,彭楊,李志鴻,奚小明,陳金寶.  強激光與粒子束. 2011(01)
[7]大模面積雙包層摻Yb3+光子晶體光纖激光器[J]. 張煒,李乙鋼,閆培光,朱劍平,呂可誠.  光電子·激光. 2005(04)



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