多維微結構光纖中聲光效應機理及套用的研究

《多維微結構光纖中聲光效應機理及套用的研究》是依託南開大學，由張昊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多維微結構光纖中聲光效應機理及套用的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張昊
• 依託單位：南開大學

中文摘要

正如半導體材料中電子的運動要受到材料周期性結構的制約，微結構光纖的微納結構決定了其中的光子和聲子的運動行為。微結構光纖的出現使人類能夠通過對其結構的靈活設計掌握操控光纖中光子與聲子的運動行為及其相互作用的能力。本項目中我們提出了一種創新性構想，即以具有準三維微納結構的微結構光纖光柵為載體，對聲波和光波在多維微結構光纖中的傳導機制、複雜聲光模式耦合的機理進行深入的理論和實驗研究，進而得到多維微結構光纖中聲波和光波傳播及其相互作用的普適物理規律。在掌握多維微結構光纖中聲光相互作用規律的基礎上，還將對基於多維微結構光纖的聲光器件進行深入的研究。通過本項目的研究，我們將創建出能夠解釋多維微結構光纖中聲光傳播及其相互作用基本物理現象和機制的普適理論，進而研製出一系列新穎的光纖聲光器件。因此，本項目的研究創新空間非常大，具有重要的理論意義和實用價值。

結題摘要

本項目旨在通過對聲波和光波在多維微結構光纖中的傳導機制、複雜聲光模式耦合的機理的深入理論和實驗方面的研究，建立多維微結構光纖中聲波和光波傳播及其相互作用的普適物理規律。研發出基於多維微結構光纖的新型聲光器件。圍繞這一研究目標,我們的研究主要在以下方面展開： ①建立多維微結構光纖聲光傳播及相互作用的理論分析模型和計算程式，揭示微結構光纖中的光子與聲子的傳導機制及聲光模式耦合機理，獲得光子和聲子在多維微結構光纖中的運動規律和相互作用機制。 ②通過理論上對多維微結構光纖結構參數的最佳化設計以及功能材料填充技術的研究，實現對多維微結構光纖聲光傳導特性以及聲光模式耦合特性的調諧與控制，並在此基礎上研製出一系列具有重要套用價值的新型光纖聲光器件。 ③研究聲波的不同物理量、調製位置、調製長度等因素對微結構光纖光柵聲光特性的影響，解決如何增強聲光相互作用所涉及的各種關鍵技術和科學問題，為相關研究建立一個具有推廣意義的實驗平台。我們在光纖的聲光模式耦合機制、微結構光纖光柵模式耦合機制與寫制技術、微結構光纖的功能材料填充、光纖聲光效應的套用、光纖模式耦合機制與套用以及光纖光柵功能器件等方面進行了系統的研究。其中最具代表性的研究工作包括：設計並建立了光纖聲光效應相關研究的實驗系統平台；分別對包層具有大空氣孔的固芯柚子型光纖和空芯Kagomé光纖中的聲光模式耦合特性進行了理論和實驗研究；通過氫氟酸腐蝕光纖包層的手段提高了光纖聲波耦合效率，實現了頻寬近300nm的可調光纖聲光濾波器；利用折射率引導型固芯微結構光纖包層存在的多孔結構成功抑制了由聲學雙折射引起的諧振峰分裂；利用基於包層空氣孔填充水的固芯微結構光纖改善了微結構光纖聲光濾波器的濾波特性；研究了單模光纖和微結構光纖構成的混合結構中的聲光模式耦合機制，發現並詮釋了其溫度相關的過耦合特性；研究了相向傳播彎曲聲波調製微結構光纖的聲光模式耦合特性。