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《北京交通大学》 2018年
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新型微结构光纤及其宽带器件应用研究

赵彤彤  
【摘要】:微结构光纤,以其独特的传输特性和灵活的结构创新设计优势,一经出现便受到了科研人员的广泛关注。随着微结构光纤设计及制作技术的快速发展,各种新结构及新材料的出现,极大地推动了光纤技术及其应用器件的发展。本学位论文基于微结构光纤的结构设计优势,结合国家自然科学基金项目“系列超宽带双芯光子晶体光纤以及相关器件的研究”,面向全光通信网络及光传感系统对高性能光器件的紧迫需求,开展宽带双芯微结构光纤、空芯宽带双芯微结构光纤及具有特殊色散特性或高双折射特性的高非线性光子准晶光纤的理论和实验研究,并在此基础上开展新型宽带偏振分束器、宽带偏振无关耦合器及中红外超宽带连续谱产生的研究,取得的主要创新成果如下:1.设计并研制出一种双芯微结构光纤,基于研制的双芯微结构光纤,提出一种同时测量曲率、拉力和温度的多参量光纤传感器。通过监测透射谱谷值波长的漂移量实现了曲率、拉力和温度三参量的同时测量。曲率、拉力、温度传感最高灵敏度分别为10.89 nm/-1,1.24 pm/με和73.9 pm/℃。与基于传统双芯光纤的传感器相比,所提出的传感器具有更高的灵敏度和更好的线性度。2.提出一种具有两个椭圆掺氟低折射率芯区的偏振无关超宽带双芯微结构光纤,并基于该光纤实现了分光比为50:50的宽带偏振无关光纤定向耦合器,耦合器在从1.255 μm到1.725 μm的470 nm波长带宽范围内两偏振态分光比误差均小于1%,且两偏振态之间的分光比误差小于0.2%。该光纤单纤芯模场面积约为70μm2,与普通单模光纤接续损耗低至0.02 dB,且实芯椭圆结构与椭圆形空气孔相比更易实现。3.提出一种结构简单、易于制作的超宽带双芯微结构光纤。引入两个掺氟低折射率纤芯,用以消除光纤的波长敏感性。光纤调制区中引入两个大尺寸空气孔,在两个纤芯之间形成一个调制通道,用于调节两个芯之间的耦合。该光纤单芯模场面积与普通单模光纤相近,接续损耗低至0.02 dB,因不包含异形孔,结构简单易于制作。基于该光纤设计的偏振分束器,在从1.27μm到1.59 μm之间320 nm的波长范围内可以实现低于-20 dB的消光比,在1.55 μm波长处消光比低至-38 dB。4.首次提出并实现一种基于空芯反谐振光纤的高性能宽带偏振分束器。采用两个椭圆管将光纤纤芯区域分成两个对称的纤芯,并引入嵌套管降低光纤损耗,改善光纤单模特性。在消光比低于-20dB的条件下,基于该光纤所提出的偏振分束器的工作带宽可以覆盖1.41μm到1.72μm的波长范围,实现了 310nm的带宽。在偏振分束器整个工作波长范围内,该光纤高阶模与基模的损耗比大于100,保持着良好的单模特性。并提出一种高性能宽带偏振分束器的改进结构,将工作带宽扩展至355 nm。5.提出一种兼具高双折射特性与高非线性特性的As2Se3基光子准晶光纤。通过在光纤包层中引入大尺寸空气孔,光纤双折射达到10-2数量级,在波长2 μm处非线性系数高达2097 W-1km-1。将短脉冲入射到15 mm长的该光纤中,得到分别覆盖1 μm到10.2 μm和1 μm到12.5 μm波长范围的x偏振态和y偏振态的光谱。当输入脉冲入射角偏差±2°时,所产生的超连续谱依然具有良好的偏振特性。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN253;TP212

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