线性阵列结构全固态光纤带隙机理、制备与测试研究

本项目提出一种结构简单的线性阵列结构构成的全固态带隙光纤，该光纤在某一方向周期性的排列掺锗高折射率石英棒，纤芯为低折射率纯石英棒，光纤在周期结构方向依赖光子带隙特性进行导光，而其它方向依赖传统全内反射原理导光。线性阵列结构可以根据需要设计不同的方向和数量，我们将对其带隙机理进行详细研究，优化其结构参数，研究其偏振特性、弯曲和扭转等特性；利用MCVD和管棒堆积法进行该类光纤的实际制备，完成该光纤与传统光纤的低损耗连接，激发带隙导光基模模式，对制备光纤的光学特性参数进行实验测试，在此基础上测量该光纤的扭转和弯曲特性。因其兼具光子带隙和全反射导光特性优势，且具有较高的双折射，随着我们对该类光纤导光机理的深入研究，它将在多方面尤其在全光纤集成器件和光纤传感领域方面得到更为广泛的应用，也为光纤激光器提高泵浦效率提供一种新类型光纤，开展结构简单的全固态光子带隙光纤的研究具有重要的理论和现实意义。

本项目设计了一种结构简单的线性阵列结构构成的全固态带隙光纤，该光纤在单一方向周期性的排列着掺锗高折射率石英棒，纤芯为低折射率纯石英棒，光纤在周期结构方向依赖光子带隙特性进行导光，而其它方向依赖传统全内反射原理导光。项目对该光纤的导光机理、带隙特性、模场面积、双折射、弯曲、束缚损耗等特性进行了详细研究并进行总结。实现了两种导光机理共存于线性阵列全固态带隙光纤中。由于线性阵列结构全固态光纤的包层、纤芯以及高折射率介质的折射率都不同，需要三种材料来组成，在制造过程中工艺会非常复杂，成本也会相对较高。为了减少组成光纤的材料，项目在线性阵列全固态光纤基础上设计了带隙型“米”字结构光纤，详细研究了该光纤束缚损耗、弯曲特性及高折射率介质层数对光场分布的影响。项目基于全固态多芯光子晶体保偏光纤设计了基于模式干涉效应和基于模态拣选效应的全固态光子晶体光纤偏振分束器及全固态PCF 1×4耦合器。对线性阵列全固态带隙光纤进行了试制，但发现掺氟技术对我们还有一定的困难，还需不断摸索，而购买成品预制棒，项目经费难以承担，故项目进行了微小调整。我们利用管棒堆积法成功研制了线性阵列多芯光纤，并实现了单模光纤与线性阵列多芯光纤的低损耗连接，可以选择性激发基超模和包层模。在此基础上利用该光纤制备了M-Z干涉仪，利用该干涉仪进行了温度、应力及弯曲测量。项目设计的线性阵列全固态带隙光纤可以为光纤激光器提高泵浦效率提供一种新类型光纤，线性多芯阵列光纤则为实现光纤传感器的集成化及微型化研究具有重要的现实意义。