基于微纳光纤的干涉型全光纤调制器研究

论文摘要

随着光通信技术和光纤传感技术的发展,光调制器在光子学和光电子学领域发挥着重要的作用。目前的光调制器普遍存在器件体积大、系统复杂、稳定性差、精确度低等问题,且与现有的光电系统集成难度较高,因而器件的微型化和集成化是光调制器的研究热点。另外,微纳尺度的光波导是光子器件发展的必然趋势,微纳光纤作为一种新型的光波导,除了具有一般的光波导功能外,还具有倏逝场强、损耗低、制备简单、设计灵活、柔韧性好等优势。而且,微纳光纤可以与标准光纤通过各种方式实现耦合连接,并具有较高的耦合效率,可降低对激光器光功率的要求。因此,可以利用微纳光纤的结构特点,结合各种光学功能材料的光学特性,制备结构集成的全光纤调制器件。本论文将锥形微纳光纤和光学功能材料相结合,研究了基于两种不同材料的Mach-Zehnder型集成式光纤调制器,并对其性能进行了实验研究,同时对调制机理进行了理论分析,这项研究对探索全光纤集成式光纤调制器结构有着重要意义。本论文具体对基于离子液体电光效应的光纤干涉型调制器和基于Au纳米棒光热效应的光纤干涉型调制器进行了实验探究,通过锥形微纳光纤与功能材料的结合实现了光调制。其中,采用的锥形微纳光纤为对称的非绝热双锥形微纳结构,可通过火焰加热熔融拉锥法制备。基于该光纤干涉结构,首先对离子液体集成锥形微纳光纤调制器的调制特性进行了研究,由于电光效应,离子液体的折射率在电压作用下发生变化,测试了电光调制器的调制效果,实现了对干涉谱的波长调制和定点波长的光强调制,波长调制幅度达到6.1 nm,光强变化9.8 dBm。然后,对Au纳米棒集成锥形微纳光纤调制器进行研究,Au纳米棒在808 nm近红外激发光作用下,产生光热效应,温度升高使介质折射率发生变化,同样实现了对干涉谱的波长调制和定点波长的强度调制,最大波长调制幅度达到3.3 nm。通过对1548 nm进行单波长跟踪,调制深度可达到45.1%。上述两种基于微纳光纤的光调制器件具有集成度高、结构紧凑、响应速度快等特点,在光开关、电光调制器、全光调制器等领域具有潜在应用价值。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 光纤调制器概述
•   1.2 光纤调制器国内外研究现状
•   1.3 微纳光纤概述
•   1.4 Mach-Zehnder干涉调制器
•   1.5 光调制介质
•     1.5.1 离子液体的概述
•     1.5.2 Au纳米棒概述
•   1.6 论文的研究内容和创新点
•     1.6.1 论文的主要内容
•     1.6.2 论文的创新点
• 第2章 锥形微纳光纤的制备及表征
•   2.1 引言
•   2.2 微纳光纤的光学传输特性
•     2.2.1 微纳光纤的基本模型
•     2.2.2 微纳光纤的模场特性
•     2.2.3 微纳光纤的能量分布
•   2.3 锥形微纳光纤的制备
•     2.3.1 锥形微纳光纤制备系统
•     2.3.2 火焰拉锥制备过程
•     2.3.3 微纳光纤干涉原理
•     2.3.4 锥形微纳光纤干涉特性分析
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于离子液体电光效应的微纳光纤调制器研究
•   3.1 基于离子液体的电光调制原理
•     3.1.1 电光特性表征
•     3.1.2 离子液体的电光调制机制
•   3.2 基于离子液体集成锥形微纳光纤调制器实验系统的搭建
•   3.3 离子液体光纤调制器测试
•     3.3.1 离子液体光纤调制器的电光调制实验
•     3.3.2 不同分子溶剂对比实验
•   3.4 电光调制结果分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 基于Au纳米棒光热效应的微纳光纤调制器研究
•   4.1 Au纳米棒的光热调制分析
•     4.1.1 光热效应表征
•     4.1.2 光谱吸收特性表征
•     4.1.3 Au纳米棒的调制机制
•   4.2 基于Au纳米棒集成锥形微纳光纤全光纤调制器实验系统搭建
•   4.3 Au纳米棒光纤调制器性能测试与分析
•     4.3.1 波长调制范围
•     4.3.2 光强调制深度
•     4.3.3 响应时间与稳定性
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 龙群隆

导师: 杨兴华

关键词: 微纳光纤,干涉调制,电光效应,光热效应

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: TN256;TN929.1

总页数: 69

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