微結(jié)構(gòu)光纖非線(xiàn)性特性及功能器件的研究.pdf

1、結(jié)合國(guó)家973課題"基于微結(jié)構(gòu)光纖光電子功能器件的創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究"的主要目標(biāo)：(1)揭示微結(jié)構(gòu)光纖中新的調(diào)諧機(jī)制及非線(xiàn)性機(jī)理；(2)研制出各種基于微結(jié)構(gòu)光纖的通信光電子器件；(3)研制出基于微結(jié)構(gòu)光纖的集成光纖器件等，對(duì)微結(jié)構(gòu)光纖(micro-structure fiber，MF)的非線(xiàn)性特性和功能器件進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容和初步取得的創(chuàng)新性研究成果概括如下： (1)研究了MF的傳導(dǎo)特性，發(fā)現(xiàn)摻鍺MF的模式截止廓線(xiàn)與

2、純硅MF模式截止廓線(xiàn)相比向低d/A側(cè)漂移；提出將摻鐿MF進(jìn)行拉錐可將非線(xiàn)性系數(shù)提高3個(gè)量級(jí)以上，但是對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的MF，有最佳錐腰，并且為了最大限度地提高拉錐摻鐿MF的非線(xiàn)性系數(shù)，歸一化錐長(zhǎng)一定要大于30微米；發(fā)現(xiàn)小空氣孔間距(∧～λ)、大空氣孔徑的純硅MF可以在短波700nm附近獲得將近300nm/ps/km的大反常色散。 (2)研究了隨機(jī)不規(guī)則結(jié)構(gòu)對(duì)微結(jié)構(gòu)光纖特性的影響，發(fā)現(xiàn)理想結(jié)構(gòu)MF的非線(xiàn)性系數(shù)越大，它的非線(xiàn)性特性就越容

3、易被不規(guī)則結(jié)構(gòu)所消弱；不規(guī)則結(jié)構(gòu)使色散圍繞理想值上下波動(dòng)；隨機(jī)無(wú)序的空氣孔結(jié)構(gòu)比隨機(jī)不均勻的空氣孔結(jié)構(gòu)更容易使非線(xiàn)性系數(shù)和色散的分布彌散；大間距和小孔徑MF的非線(xiàn)性系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性不敏感，并且此結(jié)構(gòu)有利于保持MF的色散特性。 (3)研究了微結(jié)構(gòu)光纖的模式特性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)光場(chǎng)從單模光纖入射到MF時(shí)，所激勵(lì)的模式數(shù)量以及各模式的耦合效率都隨MF的結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而不同，只有當(dāng)MF模場(chǎng)直徑與單模光纖模場(chǎng)直徑相等時(shí)，所激勵(lì)的基模的耦合效率

4、最大，高階模式的耦合效率最低；發(fā)現(xiàn)在微結(jié)構(gòu)光纖內(nèi)具有全波導(dǎo)對(duì)稱(chēng)的模式同時(shí)也具有組合對(duì)稱(chēng)性，并且它們是非簡(jiǎn)并的，那些僅具有組合對(duì)稱(chēng)的模式是簡(jiǎn)并的；發(fā)現(xiàn)了微結(jié)構(gòu)光纖內(nèi)的多模相干現(xiàn)象，多模相干的特性取決于微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 (4)研究了微結(jié)構(gòu)光纖光柵的特性，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)MF(1)支持高階內(nèi)包層傳導(dǎo)，(2)高階內(nèi)包層模式滿(mǎn)足相位匹配條件，(3)耦合系數(shù)K<,i>>>0，即高階內(nèi)包層模式的電場(chǎng)與正向傳導(dǎo)纖芯模式在柵區(qū)有效的重疊時(shí)MF B

5、ragg光柵(MF-FBG)才支持多諧振峰；此外光敏光纖纖芯尺寸不但會(huì)影響MF-FBG各階諧振峰的諧振波長(zhǎng)，還會(huì)影響MF-FBG各階諧振峰的諧振強(qiáng)度。 (5)研究了基于微結(jié)構(gòu)光纖的全光開(kāi)關(guān)。提出將高非線(xiàn)性MF(HN-MF)和雙向抽運(yùn)摻餌光纖放大器引入Sagnac環(huán)形鏡內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)功率的全光開(kāi)關(guān)。理論推導(dǎo)出光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)功率與放大器的增益倍數(shù)和MF非線(xiàn)性系數(shù)的積呈反比，因此可以通過(guò)提高放大器的增益倍數(shù)和增大HN-MF的非線(xiàn)性系數(shù)

6、降低開(kāi)關(guān)功率，在實(shí)驗(yàn)中所得開(kāi)關(guān)功率約40mW，并且信號(hào)光透過(guò)率隨控制脈沖光峰值功率呈余弦變化，理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。 (6)對(duì)基于高非線(xiàn)性MF的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)泵浦光的調(diào)諧范圍遠(yuǎn)離高非線(xiàn)性微結(jié)構(gòu)光纖的零色散波長(zhǎng)且在負(fù)色散區(qū)時(shí)，相位匹配條件依然可以獲得，從而克服了零色散波長(zhǎng)對(duì)四波混頻效應(yīng)的限制，使基于四波混頻效應(yīng)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換更加靈活。在實(shí)驗(yàn)中我們利用20m長(zhǎng)的高非線(xiàn)性微結(jié)構(gòu)光纖，泵浦光遠(yuǎn)離零色散波長(zhǎng)，對(duì)相干光和非