基於微納光纖布拉格光柵的光開關研究

《基於微納光纖布拉格光柵的光開關研究》是依託深圳大學，由廖常銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於微納光纖布拉格光柵的光開關研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：廖常銳
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

基於普通單模光纖布拉格光柵的光開關受限於較大的光纖截面尺寸以及石英材料較低的非線性係數，其開關性能並不佳。為了提升光纖布拉格光柵型光開關的開關性能，本項目擬將光纖布拉格光柵、微納光纖與飛秒雷射微加工技術三者相結合，研製基於微納光纖布拉格光柵的高性能全光纖光開關。具體研究包括：（1）基於求解非線性耦合模方程理論研究不同激勵條件下的光柵光譜特性和光開關特性，採用多物理場分析軟體對光柵的模式特性進行仿真分析；(2)實驗研究基於條形電加熱器的微納光纖製備工藝；（3）實驗研究飛秒雷射逐點刻寫微納光纖布拉格光柵的製作工藝，實現多種光柵結構和光柵尺寸的製作；（4）實驗研究該光纖光柵的熱光開關特性與光柵參數的關係；（5）實驗研究該光纖光柵的全光開關特性與光柵參數的關係。該項目的研究內容在高速光通信系統和集成光學領域具有潛在的套用價值。

結題摘要

本項目主要研究了微納光纖光柵型熱光開關。基於模式理論研究了不同熱激勵下的光譜特性和開關特性；實驗研究了氫氧焰拉錐製備微納光纖的製備工藝，獲得了高質量的微納光纖；實驗研究飛秒雷射逐點法製備微納光纖布拉格光柵，採用CO2雷射瞬時熱激勵方式實驗研究了微納光纖光柵的熱光開關特性，探索了光柵光譜在熱光調製過程中表現出的新光學現象。 通過探究微納光纖特性和結構，自主搭建微納光纖拉錐系統，選擇氫氣作為潔淨熱源。通過Labview控制軟體將所用的精密步進位移台和氫氣流量控制器結合控制光纖拉錐過程。最終所搭建而成的拉錐系統可以精密控制微納光纖的直徑和微納區及過渡拉錐區的長度。可以製備直徑在數百納米的微納光纖。利用光纖拉錐系統製備直徑在10微米左右的微納光纖，利用實驗室的飛秒雷射逐點法在所製備的微納光纖中製備布拉格光柵。所用雷射參數為800 nm，脈寬100 fs，重複頻率1000 Hz，光柵加工能量為120 nJ。該方法利用控制精密位移平台的移動速度調節光柵周期，在該實驗中，將平台速度設定為1.071 mm/s，對應寫制光柵中心波長為1550 nm。 為了快速監視微納光纖結構的熱回響時間，我們利用二氧化碳雷射作為穩定熱源，與超快精密機械快門結合，可以調製成若干脈衝熱激勵。當脈衝型熱激勵作用在光柵區時，布拉格波長會產生紅移。因此我們利用可調雷射器監視正常狀態下光柵反射峰3 dB處。利用所搭建的快速熱回響系統對柵區進行周期性熱調製，同時利用光電轉換器在示波器中觀測3 dB點的反射能量，可以清楚地看到類矩形波的信號振幅，當信號振幅清晰穩定時，我們判斷該過程為微納光柵樣品在熱激勵脈衝下的穩定弛豫信號，將波形記錄並存儲。通過分析，可以得到該10微米直徑的微納光纖布拉格光柵的時間常數僅為21 ms左右，相比於普通單模光纖的250 ms量級的熱回響時間參數，該結果有了一個數量級以上的提升。因此我們判斷，可以利用該結構作為全光纖熱光開關的核心部分。