平行薄板光子晶体光纤研磨制备及其传感器件与电光调制研究

Photonic crystal fiber side-polishing and selective filling air hole can adjust the optical properties and realize some new functions. This project creatively combines these two technologies and methods, exploring and conquering the technical problems of producing low-loss, ultra-thin parallel photonic crystal fiber. Using this as a substrate, new types of multi-parameter SPR sensor and electro-optic modulator will be designed by polishing the surface coating and air hole selective filling optical materials, and study the sensing characteristics and tuning characteristics of the new devices. Hope to open up the technical barriers of lateral polishing of photonic crystal fibers from laboratory theory to specific device preparation, and promote the development of photonic crystal fiber device preparation and application. The relevant research results of this project will fill the research gaps in this area at home and abroad, and have important scientific value and research significance!

光子晶体光纤侧边抛磨和空气孔选择性填充可以调节光子晶体光纤的光学属性以及实现一些新的功能。本项目创造性的把研究光子晶体光纤侧边抛磨和包层空气孔选择性填充结合起来，探索并攻克研磨制备低损耗、超薄平行板型光子晶体光纤技术难题。并以此为基材，通过抛磨面镀膜及空气孔选择性填充材料，设计出新型的多参量SPR传感器及电光调制器，研究新器件的传感特性和调谐特性。以期打通侧边抛磨光子晶体光纤从实验室理论到具体器件制备的技术壁垒，促进光子晶体光纤器件制备与应用的发展。本项目的相关研究成果将填补国内外在该方面的研究空白，具有重要的科学价值和研究意义！

基于本项目的支持，我们研究了选择性填充薄板光子晶体光纤的多参量传感、偏振转换、全介质超表面的电磁操控等方面的研究。通过在该结构包层选择性填充液晶及光纤上下两个平面镀制金膜构成电极。基于外加电压能调节纤芯模式与填充模式的耦合波长，该结构可以实现可调滤波和对外界电压传感的功能。此外，金属薄膜离纤芯又足够近，使得纤芯波导模与表面等离子体共振模式能发生耦合，从而实现对外界折射率的测量。该器件对折射率的测量及电压测量的是相互独立的，因而可以实现对双参数的同时测量。研究结果表明：当环境温度为20 ℃时，与采用普通结构光子晶体光纤获得的性能相比较，当平板厚度为18 um时，选择性填充平板光子晶体光纤作为滤波器件，外加饱和电压从2900V（普通结构光子晶体光纤）降到了650 V；作为电压传感器，其电压灵敏度从0.025 nm/V提高到0.117 nm/V；作为双参数传感器，其折射率灵敏度为2700 nm/RIU。很显然，平板光子晶体光纤结构降低了光纤滤波器的饱和电压及提高了电压传感的灵敏度。通过在薄板带隙型光子晶体光纤纤芯填充液晶作为偏振转换器件，研究表明该偏振转换器件在合适抛磨深度下调制电压为0V-500V，在调制电压为100V时，转换长度仅为3.99um，在C波段转换效率近乎100%并且其串扰低为-26.2dB。很显然，基于液晶选择性填充的平板光子晶体光纤优越性能使其在光纤通信和光纤传感领域具有重要的应用价值。基于本项目获得的研究成果，发表SCI论文 5篇，中文期刊论文4篇，会议2篇，申请发明专利、实用新型专利各8项，实用新型授权7项。