基于光波导耦合的微型宽带无电极式光纤电场检测关键技术的研究

项目研究基于双锥光纤-电光晶体波导耦合结构的光纤电场检测技术的基础理论和关键技术。研究内容包括：研究电场、环境温度对不同波导耦合模式下耦合波长的影响规律，探索新型无电极式、微型、宽带光纤电场传感机理；构建电场、环境温度与耦合波导波长之间多源关系模型，实现系统环境温度的自补偿；研究锥形光纤-电光晶体耦合波导的高Q值能量交换关系的形成机制。在此基础上，结合高功率窄带中心波长可调探测源实现技术和微弱信号检测技术，实现耦合波长微小变化的高灵敏度检测。从而探索出提高系统检测灵敏度的有效技术途径。最后，研究传感器制作工艺及封装结构对其检测性能的影响规律。项目研究综合了光波导学、电磁场理论、光纤光学等多学科理论与试验手段，对探索新型电场传感机理，解决现有光学电场传感技术存在的技术瓶颈问题，丰富光纤-平板波导耦合波导理论，拓展光波导耦合理论在传感领域的应用研究，具有重要的理论价值和实际工程意义。

项目研究按申请书中拟定研究内容执行，完成了拟定的研究内容。经项目研究，获得了电场、环境温度对不同波导耦合模式下耦合波长的影响规律，确定了基于锥形光纤-平板波动耦合的新型无电极式光纤电场传感机理；通过仿真和试验研究，确定了耦合结构参数对传感器性能的影响规律，在这一基础上：①确定了具有高Q值耦合光谱的传感器结构参数的设计原则；②优化耦合结构参数，实现了环境温度不敏感型传感器；项目结合高功率窄带中心波长可调探测源实现技术和微弱信号检测技术，实现了耦合波长微小变化的高灵敏度检测。从而探索出提高无电极式光纤传感器响应灵敏度的有效技术途径。最后，研究并确定了传感器制作工艺、封装材料和封装结构对传感器性能的影响，并据此提出有效的传感器封装技术。. 在以上基础理论和关键技术的研究基础上，项目组对制作封装后的传感器性能进行了试验研究。研究结果表明：该测试系统最低检测限为：25V/cm，最高可测电场达到105V/cm数量级，传感器的响应速度理论上可达10GHz；在20℃-100℃的温度变化范围内，环境温度引起的传感器耦合波长偏移量仅十几个pm，有效抑制了环境温度对传感器性能的影响。. 项目研究成果在国际高水平学术期刊上发表论文4篇（其中1篇发表在optic letters上），国际学术会议2篇，授权专利1项，并受邀在国际会议上作专题报告1次。培养博士生3名，硕士生2名。. 项目研究综合了光波导学、电磁场理论、光纤光学等多学科理论与试验手段，获得了新型光纤电场传感机理，解决了现有光学电场传感技术存在的部分技术瓶颈问题。项目研究成果对推动当前光纤电场传感技术具有重要的理论和实际工程意义。