多维微结构光纤中声光效应机理及应用的研究

正如半导体材料中电子的运动要受到材料周期性结构的制约，微结构光纤的微纳结构决定了其中的光子和声子的运动行为。微结构光纤的出现使人类能够通过对其结构的灵活设计掌握操控光纤中光子与声子的运动行为及其相互作用的能力。本项目中我们提出了一种创新性构想，即以具有准三维微纳结构的微结构光纤光栅为载体，对声波和光波在多维微结构光纤中的传导机制、复杂声光模式耦合的机理进行深入的理论和实验研究，进而得到多维微结构光纤中声波和光波传播及其相互作用的普适物理规律。在掌握多维微结构光纤中声光相互作用规律的基础上，还将对基于多维微结构光纤的声光器件进行深入的研究。通过本项目的研究，我们将创建出能够解释多维微结构光纤中声光传播及其相互作用基本物理现象和机制的普适理论，进而研制出一系列新颖的光纤声光器件。因此，本项目的研究创新空间非常大，具有重要的理论意义和实用价值。

本项目旨在通过对声波和光波在多维微结构光纤中的传导机制、复杂声光模式耦合的机理的深入理论和实验方面的研究，建立多维微结构光纤中声波和光波传播及其相互作用的普适物理规律。研发出基于多维微结构光纤的新型声光器件。围绕这一研究目标,我们的研究主要在以下方面展开：.①建立多维微结构光纤声光传播及相互作用的理论分析模型和计算程序，揭示微结构光纤中的光子与声子的传导机制及声光模式耦合机理，获得光子和声子在多维微结构光纤中的运动规律和相互作用机制。.②通过理论上对多维微结构光纤结构参数的优化设计以及功能材料填充技术的研究，实现对多维微结构光纤声光传导特性以及声光模式耦合特性的调谐与控制，并在此基础上研制出一系列具有重要应用价值的新型光纤声光器件。.③研究声波的不同物理量、调制位置、调制长度等因素对微结构光纤光栅声光特性的影响，解决如何增强声光相互作用所涉及的各种关键技术和科学问题，为相关研究建立一个具有推广意义的实验平台。. 我们在光纤的声光模式耦合机制、微结构光纤光栅模式耦合机制与写制技术、微结构光纤的功能材料填充、光纤声光效应的应用、光纤模式耦合机制与应用以及光纤光栅功能器件等方面进行了系统的研究。其中最具代表性的研究工作包括：设计并建立了光纤声光效应相关研究的实验系统平台；分别对包层具有大空气孔的固芯柚子型光纤和空芯Kagomé光纤中的声光模式耦合特性进行了理论和实验研究；通过氢氟酸腐蚀光纤包层的手段提高了光纤声波耦合效率，实现了带宽近300nm的可调光纤声光滤波器；利用折射率引导型固芯微结构光纤包层存在的多孔结构成功抑制了由声学双折射引起的谐振峰分裂；利用基于包层空气孔填充水的固芯微结构光纤改善了微结构光纤声光滤波器的滤波特性；研究了单模光纤和微结构光纤构成的混合结构中的声光模式耦合机制，发现并诠释了其温度相关的过耦合特性；研究了相向传播弯曲声波调制微结构光纤的声光模式耦合特性。