金属芯微结构光纤的特性研究

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随着光电子学的飞速发展,光电子器件的小型化、集成化成为发展趋势,表面等离子体光波导由于其对能量高度的限制能力而备受人们的关注。1996年第一根光子晶体光纤的成功拉制,促成了金属芯微结构光纤(Metallic Core Microstructured OpticalFiber,MC-MOF)这新型表面等离子体光纤波导的出现。能够传播表面等离子体波赋予了MC-MOF许多不同于以往光纤的新颖光学特性,也使MC-MOF成为更多的科研机构的研究对象。本论文从基本的电磁理论出发,先介绍了表面等离子体的基本概念,然后分析了金属芯圆柱形波导的色散特性,给出求解MC-MOF中表面等离子体共振的激发波长的方法。随后讨论了不同结构参数对MC-MOF偏振特性的影响,得出光纤中存在相邻的金属芯是产生大偏振消光比的必要条件,改变金属芯的直径可以使偏振消光比极大值点的位置移动,模拟结果表明有望用特殊结构的MC-MOF制造通信波长处的光纤偏振器。接着设计了一种新的MC-MOF结构,通过模拟计算不同结构参数的光纤,详细求解出了这种光纤结构的模场分布、有效折射率、传播长度和模场直径等参数,从而对此MC-MOF的限制能力和损耗两个因素做了详细的权衡,这为不同性能的MC-MOF光纤结构设计提供了很好的参考。本论文介绍了制造MC-MOF主流的三种方法,并通过详细的实验参数说明了本论文中所用的拉制MC-MOF的方法。对拉制的银芯微结构光纤进行了测试,测试损耗谱中观察到了三个损耗峰,说明光纤中表面等离子体波的存在。通过对所得光纤的模拟分析,得出三个损耗峰的位置分别对应银芯表面2、3和4阶表面等离子体波的激发波长。
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