全固光子带隙光纤长周期光栅理论和实验的研究

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1、摘要光子晶体光纤是一种新型低损耗的光波导，由于其特殊的传导机制和可灵活设计的几何结构，近年来受到了广泛的关注，特别是基于光子晶体光纤的传感技术成为近几年来的研究热点。而光子晶体光纤中的全固光子带隙光纤由于更易于拉制和与单模光纤熔接，获得了很多研究人员的注意。在全固光子带隙光纤中写制长周期光栅将具有新颖的光谱特性和应用前景。本文介绍了光子晶体光纤和长周期光纤光栅的发展及应用；理论上分析了全固光子带隙光纤的模式特性和基于全固光子带隙光纤的长周期光纤光栅耦合特性；实验上成功写制了全固光子带隙光纤长周期光栅，并对它们的光谱特性、耦合机理

2、及传感特性进行了分析和研究；最后利用长周期光栅实现了新型的模间干涉仪。完成的主要研究工作和创新点如下：1．利用计算机控制的高频C02激光脉冲在全固光子带隙光纤中成功写制出长周期光纤光栅，实现了基模向纤芯LP。，模式耦合的谐振峰。实验研究了这种光栅的传感特性，包括对环境温度，外界折射率、弯曲和轴向拉力的响应，实验上证明这种谐振峰对于温度变化和外界折射率变化不敏感。2．利用高频C02激光脉冲在全固光子带隙光纤上写制出长周期光栅，形成多个谐振峰，通过深入研究，发现这些谐振峰来源于基模向LPll纤芯模式及基模向”·，超模或者LPo。超模

3、的耦合。研究了各个谐振峰的传感特性，各个峰对温度和轴向应力(或曲率半径)具有不同的响应，基于该特性可以实现单个光栅的双及多参数传感。根据传感特性我们分析了光栅的耦合机理。3．提出一种全固光子带隙光纤长周期光栅辅助的模问干涉仪。该干涉仪具有插入损耗小、自由光谱范围由光栅位置决定且可灵活控制等优点。我们从理论和实验上研究了光栅位置对干涉条纹间距的影响，揭示了干涉现象的产生原因并且观测了干涉条纹的模场演化过程。关键词：长周期光纤光栅全固光子带隙光纤模间干涉仪高阶纤芯模式光纤传感光子带隙光纤模式耦合AbstractPhotoniccry

4、stalfiberisanewtypeoflow-lossopticalwaveguides．Duetotheflexibilityofthegeometricstructureanditsuniqueconductionmechanisms，ithasgainedwideattentionforthepastfewyears．Especiallysensingtechnologybasedonphotoniccrystalfiberbecameresearchhotspot．Amongallthephotoniccrystal

5、fibers，thea11．solidphotonicbandgapfiberattractsattentionfromscientificresearchpersonnelbeacauseitismoreeasilytodrawandtosplicewithsingle—modefibers．Longperiodgratingsinall—solidphotonicbandgapfiberswouldhavenovelspectralpropertiesandagoodapplicationprospect．Thisartic

6、ledescribesthedevelopmentandapplicationofphotoniccrystalfibersandlongperiodgratings；theoreticallyanalyzesmodecharacteristicsofall—solidphotonicbandgapfibersandlongperiodfibergratingcouplingfeaturesintheall—solidphotonicbandgapfibers；wesuccessfullyfabricatelongperiodg

7、ratingsinall-solidphotonicbandgapfibers，andanalyzetheirspectralcharacteristics，thecouplingmechanismandthesensingcharacteristics；anovelmodalinterferometerbasedonalongperiodgratinginscribedinanall-solidphotonicbandgapfiberisproposedanddemonstrated．Themaincontentsofthis

8、articleinclude：1．Usingcomputer-controlledhigh—frequencyC02laserpulses，wewritelongperiodfibergratingsinall·solidphotonicbandgapfiber