微纳光纤环形谐振腔电光效应研究

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随着通信技术和传感技术的飞速发展,人们对光电子器件微型化的需求日益增长。微纳光纤以其独有的光传输特性,成为研究热点。微纳光纤主要特点是利用周围倐逝场来对光进行传输,同时传输损耗和弯曲损耗较低。微纳光纤制作的光学器件,工艺过程相对于光波导的更为简单。其中,微纳光纤构成的环形谐振腔具有低损耗、高品质因素的特点。目前人们还未就微光纤环形谐振腔电光调制性能进行报道,本文就在微小电流调制下,微光纤环型结构的电光效应进行了深入研究。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)概述介绍了微纳光纤的研究背景与现状。举例介绍几种典型的微纳光纤谐振腔。结合目前谐振腔在电光调制滤波器方面研究进展,提出了本文研究课题基于微小电流作用下,微光纤谐振腔的电光效应。(2)分析了微光纤的模场特性,微光纤的内部和外部的电磁场分布、基模电场芯内和芯外的能量分布、单模传输条件、影响传播常数的因素。建立了微光纤环形谐振腔物理模型,深入研究了影响微光纤环形谐振腔品质因数Q值和半高全宽度带宽的主要因素。(3)对目前典型的微光纤制备工艺进行概括介绍,指出了优缺点。针对实验室中火焰加热法制备微光纤进行了详细讨论,该方法拉制出的微光纤直径可以低至1μm,长度达到10~15cm。由于有机聚合物不仅制作出与SiO2直径尺度相互比拟的聚合物光纤,还有很好弯曲特性,我们对聚合物制作微光纤的两种方法进行介绍:热板加热法、有机溶剂法。制作出的聚合物长度可以达到20~30cm,直径在2~3μm。基于上述微光纤,我们对利用微光纤来制作环形谐振腔的制备工艺进行了讨论。为了进一步提高制作工艺,指出了上述两种方法需要改进的地方。(4)初步建立微光纤环形谐振腔电光效应的理论模型。通过理论和实验分析在微电流调制下,微光纤环形谐振腔输出光谱的特性。实验表明谐振峰波长对导体为铁丝的电流调制因子是~500pm/A,铜丝调制因子是~510pm/A。我们利用了一只光纤布拉格光栅(FBG)对电流引起的热效应进行了精细地测量。实验结果表明由铜丝和铁丝的热效应引起波长漂移分别为21pm/A和23pm/A,热效应引起的谐振峰漂移量远小于电流调制引起的谐振峰漂移量。通过本论文的研究,对于发展一种基于电光调制的微光纤环形谐振腔的高Q值的滤波器提供一种新的途径。
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