《基於表面電漿共振效應的放大光纖及套用研究》是依託北京郵電大學，由張茹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於表面電漿共振效應的放大光纖及套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張茹
- 依託單位：北京郵電大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目基於表面電漿共振效應（Surface Plasmon Resonance），利用原子層沉積技術（Atomic Layer Deposition，ALD）在光纖纖芯表面沉積上金屬薄膜層，通過一定條件，達到表面等離子共振效應，進一步利用ALD技術在金屬薄膜層上沉積增益介質來補償SPR的光損耗，製備出一種新型的摻雜納米材料的放大光纖，並探索出一種具有高增益、寬頻寬、便於集成化的納米光纖放大器。主要研究內容包括在光纖和金屬薄膜層界面產生表面電漿共振效應的條件、光的傳輸特性以及其局域場增強效應對實現光放大的可行性分析，並根據不同的實驗條件（如溫度、壓強、控制時間等）研製出不同種類的光纖，通過對比，得出具有最佳放大效果的放大光纖。並基於此納米放大光纖探索一種新型納米光纖放大器，對其增益、頻寬、信噪比等各項性能指標進行測試分析。這將為特種光纖的套用特別是放大光纖做出重要的貢獻。
結題摘要
隨著光纖通信技術向高速、大容量方向發展，對信息傳輸中的光電子器件集成化的要求越來越高，而目前的全光器件和光電子器件由於受到衍射極限的限制，尺寸很難進一步縮小，從而制約了全光器件和光電子器件的高度集成化的發展，使全光通信的進一步發展受到了極大的限制。近年來，有關表面等離激元的研究成為一個熱點，因其具有獨特的光學特性，突破了傳統光波的衍射極限尺寸，為納米尺寸的光電集成和全光集成的光纖通信器件的研製帶來可能。 課題的主要研究內容為： 1、基於表面等離激元的研究方面，首先從理論上對金屬-介質分界面上的電磁場分布進行了嚴密的推導，在此基礎之上，對基於表面等離激元的對稱、非對稱環形結構光波導以及多環結構光波導等多種結構的性能進行了仿真計算，計算結果表明這些基於表面等離激元的光波導結構具有濾波器、光開關的功能，能夠用於全光通信器件的研製。研究結果不僅完善了基於表面等離激元的理論計算，而且豐富了表面等離激元光器件研究內容。此外，課題組建立了一種在光纖的包層和纖芯之間沉積一層金屬原子層的光纖模型，並在纖芯和沉積金屬之間激發表面電漿激元。通過求解了分界面上的電磁場，得到金屬薄膜的參數與折射率、工作波長以及光纖模式之間的關係，並研究了隨著介質折射率的變化，光纖的傳輸特性的變化情況，得出金屬原子層的厚度為55nm以及長度為500nm為最佳沉積效果的結論，為製備該種光纖奠定了基礎。 2、基於表面等離激元放大光纖增益介質的研究方面，課題組採用綠色水熱法製備了還原氧化石墨烯-氧化鋅納米棒以及還原氧化石墨烯-氧化鈰納米線複合材料，進一步通過拉曼光譜、傅立葉變換紅外光譜、X射線光電子能譜以及紫外可見光吸收譜測試表明複合材料中金屬氧化物與還原氧化石墨烯納米片層之間存在電荷件的相互作用，同時證明了，在複合材料體系中一定含量的還原氧化石墨烯（5%-10%）的引入不僅可以提升催化劑對染料分子的吸附能力也可以促進光生電子空穴對在空間上的分離從而提升其光催化活性。 3、利用基於表面等離激元的放大光纖，對光纖通信系統中的色散和非線性效應進行了理論建模和仿真分析。從仿真結果來看，DBP可以有效實現對系統中色散和非線性效應的聯合補償，且對稱分布傅立葉算法的性能要優於非對稱傅立葉算法。 課題的研究成果表明，課題組在項目完成的過程中緊扣項目計畫內容，所完成的研究內容豐富了該領域的研究成果，具有學術價值及科學意義。
