W光子晶体光纤滤波机理与特性研究

具有特定滤波功能的W光纤是近年来光电子学领域的热门研究课题之一。针对现有常规W滤波光纤存在的制作工艺上的局限性和不能随意弯曲的问题，结合光电子学领域的另一前沿研究课题- - 光子晶体光纤，本项目提出采用具有折射率凹陷层的光子晶体光纤（W光子晶体光纤）实现长波截止滤波功能的新方案。将W滤波光纤的长波截止特性与光子晶体光纤折射率控制的灵活性有机结合，构建一种全新的长波截止滤波器件。有望突破常规W滤波光纤的制作瓶颈，克服其不能随意弯曲的缺陷。项目研究采取理论研究为主、实验验证为辅的方案。研究光在W光子晶体光纤中的传输过程及物理特性，以及其滤波性能随其结构参数变化的内在规律及物理内涵，得出一套指导设计理论；探索W光子晶体光纤中可能存在的新现象、新规律；建立起完整的W光子晶体光纤研究平台。

具有特定滤波功能的W 光纤是近年来光电子学领域的热门研究课题之一。针对现有常规W滤波光纤存在的制作工艺上的局限性，结合光电子学领域的另一前沿研究课题——光子晶体光纤，本项目提出采用具有折射率凹陷层的光子晶体光纤（W光子晶体光纤）实现长波截止滤波功能的新方案。将W 滤波光纤的长波截止特性与光子晶体光纤折射率控制的灵活性有机结合，构建一种全新的长波截止滤波器件。和普通W型光纤相比，W型光子晶体光纤最吸引人的特点在于，可以只通过改变光纤的几何结构就能实现和控制光纤的滤波效果，避免了制作普通W型光纤所需的复杂而且有害于操作者身体健康的掺杂工艺过程。项目研究采取理论研究为主、实验验证为辅的方案，按计划开展并圆满完成了本项目的所有研究工作。. 理论方面，建立了基于有限元法的W光子晶体光纤理论仿真平台，开展了W光子晶体光纤传输特性的理论研究工作。与常规W光纤传输特性进行对比，发现W光子晶体光纤除了具有常规W光纤的长波截止特性外，还具有不同于常规W光纤的新型滤波特性：W光子晶体光纤的损耗并非单纯随波长增大，而是有一个限制损耗峰。更多的理论模拟结合一定的分析表明，W型有效折射率分布导致的长波截止特性和空气孔包层结构导致的强束缚能力这两种机制共同作用促使了限制损耗峰的形成。利用这一特性，通过适当选择W光子晶体光纤的物理结构参数，可以得到具有一定带阻滤波特性的W光纤。通过大量细致的理论模拟，掌握了控制W光子晶体光纤损耗特性的有效方法，为W光子晶体光纤的进一步研究与应用奠定了良好的基础。. 实验方面，进行了W光子晶体光纤的实验制作与测试工作。将实验室搭建的光子晶体光纤后处理平台用于W光子晶体光纤的制作：采用堵孔的方式对光子晶体光纤的空气孔进行选择性加压或减压，再将处理好的光纤进行熔融拉锥，成功制作出本项目所设计的W型光子晶体光纤。该方法制作W光子晶体光纤比利用拉丝塔制作所需设备和材料成本均低很多。利用自行研制的宽带超连续谱光源（光谱覆盖范围超过600–1700nm），搭建了基于超连续谱的W光子晶体光纤实验测试研究平台，开展了W光子晶体光纤传输特性的测试工作。实验结果与理论模拟结果在变化趋势上具有很好的一致性，验证了W光子晶体光纤具有所设想的滤波特性。