[01382940]磁流体定位填充多维微结构光纤的可调谐光电子器件研究

随着高速通信的发展,对全光通信技术的要求越来越高。全光技术的实现有赖于光子器件（如：光开关、光滤波器、光调制器、光衰减器、光波分复用等）和通信系统技术的不断更新。为此,科研人员一直以来都在不断探索新材料、新原理、新方法和新思路来研制新型的光子器件,使其在性能和功能方面得到提高和改进。目前,如何将功能材料的物理效应与光纤中的微纳结构结合起来,通过控制模式耦合和带隙调谐,达到操控光子在微纳尺度光波导中的运动与传输的目的,从而实现新型的全光纤光子功能器件成为光电子领域的研究热点问题。 目前,国际上基于磁流体的物理效应与微结构光纤光栅的微纳结构去实现光纤光子集成器件的研究还处于起步阶段。2010 年A.Candiani 等人采用完全填充的方式将磁流体填充到写制有布喇格光栅的微结构光纤中,基于折射率引导型的传导机制,通过静磁场改变磁流体与光纤光栅的相对位置,实现了对布喇格谐振峰的位置调谐。2011 年Harneet V. Thakur 等人向保偏光子晶体光纤的包层孔中注入少量Fe3O4 磁性纳米流体,采用模式之间的干涉技术实现了磁场检测器。 本项目基于MF材料的磁光特性、折射率可调谐特性、双折射特性等光学特性,研究了MF填充微结构光纤的相关技术,并对其温度特性和磁场调谐特性进行了分析。围绕磁场可调谐光电子器件,分别将MOF、LPG、TFBG、TLPFG等与MF有机结合,制备了基于MF定位填充光纤光栅的磁场传感器结构。对MF填充微结构光纤光栅进行了理论和实验研究,通过CO2激光器,成功的在填充MF的MOF上写制了LPG,研究了其谐振波长随外界磁场强度的变化情况,同时对设计的多通道滤波器申报了中国发明专利。将TFBG与MF相结合,提出了二维磁场矢量传感器,并对二维磁场矢量测量进行了理论研究。通过多模光纤和LPG结合,消除磁场测量的过程中温度对其的干扰,对温度和磁场双参数的检测进行了研究。同时,利用MNF的强倏逝场导波特性结合MF的特殊光电性能,制备了具有高灵敏度的磁场调谐器件。通过磁流体和S形微光纤相结合设计出了光纤磁场调谐器件。在单方向磁场研究的基础之上,利用MF材料的磁场调谐方向特性,结合模场干涉结构的双磁场方向测量以及激光诱导MF热效应结合光纤耦合器展开了研究,设计了高灵敏度的磁场传感器。基于方形光纤的多模干涉效应,提出了一种结构简易,性能稳定的磁场传感器。利用腐蚀细芯光纤使其具有更高的模式耦合的原理,对基于低温敏感的细芯微光纤的模式耦合特性进行了理论和实验研究,解决了磁场测量中温度的串扰问题。提出了基于MF的低温敏感磁控波复用光纤耦合器,从理论上分析了不同折射率下的光波长随端口分束比的变化情况,证明了该磁控多分复用光纤耦合器近乎不受温度的交叉影响。对拉锥全固光子晶体光纤的磁场传感器进行了研究,获得了具有高磁场灵敏度和低温度灵敏度的磁场传感器。本项目研究过程中先后在各类相关核心期刊上和国际会议上发表论文26篇,其中已被SCI收录23篇（Ⅰ区1篇,Ⅱ区14篇,Ⅲ区8篇）,国际会议3篇。申请国家发明专利6项。