折射率引导型光子晶体光纤叠栅成栅机理与特性研究

To develop new optical passive device and meet the requirement of rapid development of broadband optical fiber communication network, optical fiber sensing network and the Internet of things, this project investigates the mode coupling, formation mechanism and transmission characteristics of superimposed fiber gratings (SIG) writing in the Refractive Index Guiding Photonic crystal fiber (RIG-PCF). It focuses on some scientific issues such as mode coupling model of SIG, the changing mechanism of the refractive index during the multiple-exposure process of superimposed fiber gratings fabrication, the transmission spectra of SIG effect infectors (overlap length, position, refractive index variation value), and the effect of fiber deformation on the SIG's properties etc. Moreover, the exposure control technique, overlap length and position control technique, fiber deformation control technique in the production process and optical properties of RIG-PCF SIG will be studied, after that the SIG's application will be explored. The final research objectives is to establish the mathematical model of the RIG-PCF SIG, reveal the optical properties, temperature characteristics and mechanical characteristics law of change to structure parameters, form the fabrication technology of RIG-PCF SIG, fabricate the RIG-PCF SIG with high quality, and provide new passive optical device for the all optical networks and the photoelectric industry ultimately.

快速发展的光纤宽带通信网、光纤传感网、物联网等行业亟需新的光器件。为此，本项目旨在对折射率引导型光子晶体光纤叠栅的模式耦合、成栅机理、制备技术与传输特性进行研究。重点开展叠栅的模式耦合方程、重叠曝光下折射率的改变机理、叠栅参数(重叠长度、位置、折变量等)变化对传输光谱的影响、以及光纤形变对叠栅性能影响等科学问题的研究，进而开展叠栅工艺中的曝光控制技术、栅长控制技术和光纤形变控制技术的研究；在此基础上，研究叠栅传输特性，并探索叠栅应用。本课题的研究目标是建立适用于折射率引导型光子晶体光纤叠栅的理论模型；揭示折射率引导型光子晶体光纤叠栅的光学特性、温度特性、力学特性及随结构参数变化规律；形成折射率引导型光子晶体光纤叠栅成栅技术与工艺；制备出高质量的折射率引导型光子晶体光纤叠栅，为全光网络和光电行业提供新的无源光器件。

项目的背景、主要研究内容：为研制出新的光纤无源器件，满足快速发展的光纤宽带通信网、光纤传感网、物联网等需求，本项目对折射率引导型光子晶体光纤叠栅的模式耦合、成栅机理与传输特性进行研究。重点研究叠栅的模式耦合模型；研究重叠曝光下折射率的改变机理；研究叠栅重叠长度、位置、折变量等参数变化对传输光谱的影响，以及光纤形变对叠栅性能的影响等科学问题，进而研究叠栅工艺中曝光控制技术、栅长控制技术和光纤形变控制技术，研究叠栅传输特性，并探索叠栅应用；本课题的最终研究目标是建立适用于RIG-PCF叠栅的数学模型；揭示RIG-PCF叠栅的光学特性、温度特性、力学特性及随结构参数变化规律；形成PCF叠栅成栅技术与工艺；制备出高质量的PCF叠栅，为全光网络和光电行业提供新的无源光器件。.项目取得的成果：.（1）分别基于耦合模理论和V-I矩阵理论建立了PCF叠栅的数学模型，建立重叠曝光与光栅光谱变化模型；得到了PCF布拉格叠栅、啁啾叠栅、长周期叠栅的光谱、色散等特性，揭示了光栅传输光谱随温度、应力、扭转及折射率溶液填充等影响的变化规律；形成了PCF叠栅成栅技术与工艺；制备出了高质量的PCF布拉格叠栅、啁啾叠栅、长周期叠栅；基于制备的叠栅开展了多波长激光、模式转换和传感器等方面的应用研究。.（2）在国内外学术刊物或国际会议发表论文20篇；做学术邀请报告6次；主办学术会议1次；申请发明专利8项,获 发明专利授权5项。.（3）培养博士研究生3名、硕士研究生5名。.（4）出版学术专著1部，科普图书1部。