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Bragg光纤带隙调控光传输特性与工艺制备

林晨曦  
【摘要】: Bragg光纤以其独特的一维光子晶体包层结构和宽谱、宽角度带隙导光机理而成为新一代微结构光子带隙光纤的研究热点和创新源泉。 本论文结合国家973计划项目“微结构光纤基本理论和基本特性的探索与研究”和北京市自然科学重点基金项目“基于全向布拉格反射的新型空心光子带隙光纤”,以Bragg光纤的宽谱、宽角度乃至全向带隙限制导光、带隙内导波模式截止以及导波模式与包层缺陷模式相互作用等物理效应为基础,对开发Bragg光纤基控光功能器件的若干关键问题进行理论探索,并在国内率先起步对半导体-聚合物基Bragg光纤制备的关键工艺进行实验论证。 理论分析一维光子晶体带隙与结构参量的关系,阐释了其宽谱、宽角度带隙限光原理;提出一种基于光纤间外反射相互作用的开敞Bragg光纤阵列波导构思,通过波导结构参量的合理设计,理论证明传输损耗可低于0.07 dB/cm。理论分析带隙内模式截止对光纤传输状态的影响,确定单基模(HE11)传输的实现条件;分析传输带宽与光纤结构参量的关系,提出宽带单基模Bragg光纤设计原则,实现1550 nm波段215 nm以上的单基模带宽;提出一种带隙内截止特性变化引起的双锥Bragg光纤三维微谐振腔构思,理论论证通过拉锥结构参量设计实现谐振波长与Q值调控的可行性。 理论分析Bragg光纤芯区模-缺陷模相互作用效应及其对耦合芯区基模群速度和色散的调控机制,通过优化光纤结构参量,提出并论证Bragg光纤宽带平坦和零色散慢光传输的可行性,实现了90 nm平坦带宽的vg=c/5慢光以及色散与色散斜率同时为零的vg=0.074c慢光。 选择硒化砷(As2Se3)与聚醚酰亚胺(PEI)为基本材料,设计并建立了半导体-聚合物基Bragg光纤制备工艺平台,初步解决了大面积均匀蒸镀、预制棒均匀烧结和光纤均匀拉丝等关键工艺难点,实验论证了Bragg光纤制备工艺的可行性,制备出国内第一根Bragg结构光纤的初样。


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