金属填充微结构光纤的偏振滤波和传感特性研究

论文摘要

相较于传统光纤,微结构光纤的包层中含有按一定规律排列的空气孔,从而具有极其灵活可调的结构设计。研究人员可以根据不同的需求,改变包层中空气孔的排列方式和空气孔的大小,在空气孔中填充不同的光学功能材料等方式来设计并制备出具有所需特性的微结构光纤。也正是这些优点,从20世纪90年代微结构光纤被提出以来,国内外大批学者对其产生了浓厚的兴趣,使得微结构光纤的设计、模拟和制作工艺等方面得到了长足的发展,同时也为基于微结构光纤的微纳光子器件的研制提供了许多可行的思路。本文中选择金属填充微结构光纤为研究对象,提出了两种金覆膜微结构光纤并对其偏振滤波特性和传感特性进行了数值分析;利用课题组制备的银线微结构光纤进行液晶填充,实验测试并分析了其温度传感特性。主要内容如下:首先,提出了一种基于金覆膜大孔调制微结构光纤。通过移除一部分空气孔,在紧邻纤芯的区域引入了一个具有较大尺寸的空气孔,破坏了包层气孔排列的对称性,使微结构光纤产生明显的偏振特性,在x偏振和y偏振方向具有不同波长和强度的损耗峰值。结合表面等离子体共振原理,在大空气孔的内表面镀上金纳米薄膜,使得光在传输时纤芯模与表面等离子体模发生共振,某一偏振方向上的损耗远大于与之垂直的另一偏振方向,这样微结构光纤就可以实现高效率偏振滤波。进一步分析了光纤结构参数对微结构光纤偏振滤波器性能的影响,研究结果表明,该光纤在1550nm通讯窗口可以有效地滤除y偏振模式,利用长度小于1mm的微结构光纤就可以实现偏振滤波。其次,设计了一种基于金覆膜凹槽调制型微结构光纤。在一个只有两层空气孔的微结构光纤的上半部分设计了一个凹槽,并在凹槽的表面镀上一层金纳米薄膜。通过调节内层空气孔的尺寸使纤芯模更容易与金纳米薄膜附近的表面等离子体模发生共振,同时又不至于无法束缚住纤芯的能量,使其逸散到包层中去。通过调节光纤的结构参数,最终实现对分析物液体折射率地检测以及对偏振光地过滤。模拟结果显示,设计的微结构光纤具有较高的折射率检测灵敏度以及分辨率,同时在1.5μm处能够实现偏振滤波,有望同时应用于传感及滤波领域。最后,使用课题组制备的银线微结构光纤,利用液晶对温度的敏感特性,采用加压法对微结构光纤包层气孔进行液晶全填充制成温度传感器。使用宽带光源测量了液晶填充的银线微结构光纤在不同温度下的透射谱,进一步分析了该光纤对温度传感的灵敏度,在15-50℃区间其灵敏度可达80counts/℃。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张震

导师: 李曙光

关键词: 微结构光纤,金属填充,表面等离子体共振,偏振滤波特性,传感特性

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,自动化技术

单位: 燕山大学

分类号: O734;TP212

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.001402

总页数: 67

文件大小: 7614K

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