利用表面微结构调控微纳光纤偏振特性的研究

Optical microfibers, which are a kind of micro/nano photonics devices, have been widely used in various areas such as micro/nano optics, nonlinear optics and optical sensing. However, the birefringence effects in practical optical microfibers not only change the polarization properties, but also diminish the stability of devices and have impacts on the applications of optical microfibersi n in the area of polarization optics. In this work, we will study on the control of polarization properties in optical microfibers via modifying waveguide properties by the surface microstructures. The local birefringence effects are precisely modified by high-accuracy micro-fabrication on the surface of optical microfibers. Meanwhile, optical microfibers are able to gain diverse polarization properties because of the plenty patterns of surface microstructures. Finally, we will fabricate novel photonics devices such as polarization-maintaining microfibers and chiral microfibers via the control of polarization properties. The novel photonics devices may have application in the areas of micro polarimetric sensors, micro polarization converters and magneto-optical effect sensing.

微纳光纤作为一种光子学器件，在微纳光学、非线性光学和光学传感等领域获得了广泛应用。然而，在实际应用中微纳光纤的双折射效应不仅会改变光纤偏振特性，还会降低器件稳定性，从而影响微纳光纤在偏振光学领域的应用。本项目旨在利用表面微结构改变波导性质，进而调控微纳光纤的偏振特性。研究中将利用高精度的微结构加工技术，进行微纳光纤局域双折射的精细调控。同时采用复杂样式的表面微结构，对微纳光纤的偏振特性进行多种形式的调控。最终，通过调控偏振特性，我们将获得保偏微纳光纤、手征微纳光纤等新型光子学器件，在微纳偏振传感器、微纳偏振转换器以及法拉第效应传感等领域取得应用。

微纳光纤是一种在微纳光学、非线性光学和光学传感等领域获得了广泛应用的光子学器件，其表面结构对微纳光纤光学性质具有重要影响。本项目中，旨在利用表面微结构进行微纳光纤光学特性调控。项目执行中，主要进行了如下三个方面的研究：.1..微纳光纤布拉格光栅的双折射效应研究。基于有限元分析，对表面微结构微纳光纤中偏振效应进行数值仿真；结合传输矩阵法，理论分析了微纳光纤布拉格光栅的传输特性。单侧微纳光纤布拉格光栅中存在明显的双折射效应，反射谱呈现双峰结构。仿真结果表明：（1）不同反射峰随周围折射率变化产生不同的改变，而随应变产生同步变化。该结果构建可用于应变不敏感的折射率传感器。（2）微纳光纤扭转时双峰逐渐衰减，并在中间产生单一反射峰。扭转超过特定角度后，双峰随产生随扭转角度增大波长迅速远离。该结果可应用制备于扭转传感器。.3..利用表面微结构消除微纳光纤器件中的双折射效应。仿真结果表明：（1）在微纳光纤表面加工微结构，根据不同的衬底折射率可设计不同的表面微结构，进行双折射效应的补偿。（2）利用旋转微纳光纤，可部分抵消缠绕和衬底引起的双折射。这项研究有助于减轻光子器件中双折射效应带来的不良影响。.4..采用频分复用双偏振外差探测技术，实现器件偏振传输特性的实时测量。测量中，正交偏振态上的光强转化为双频信号的强度，通过测量双频信号可以对光纤、微纳光纤等器件中光场传输的偏振特性进行实时高灵敏度的观测。该方法可应用于偏振相关传感器件、偏振激光雷达等。.本项目通过理论研究表明，表面微结构对调控微纳光纤特性具有多种不同的作用。但目前微纳加工技术精度与数值仿真仍有一定差距，暂未完成器件制备和实验研究。