可光场调控的纳米磁流体材料及相应的光控全光纤功能器件关键技术研究

All-fiber functional devices have become one of the key technologies to achieve " all-optical network" because they have the advantages of integrating the signal transmission,processing with controlling. In recent years, researchers continue to explore new materials, new principles, new methods and new ideas to develop new types of all-fiber photonic devices to meet the requirements of the "all-optical network". The nano-magnetic fluid is a new type of functional material with tunable optical properties as the applied field strength changes. So, the applicant proposed to optimize the configuration of the magnetic fluid, and then to develope a class of light controllable all-fiber functional devices by effectively combining the micro/nano fiber structure and the physical effects of the magnetic fluid.The core idea is to use laser to control the characteristics of the magnetic fluid and further to adjust the signal light. Therefore,the nano- magnetic fluid material with different particle size and morphology will be firstly allocated and thereby improving the speed of nanoparticles into chains . On this basis, we will explore the photodynamic characteristics of the nano- magnetic fluid in a limited -scale optical fiber waveguide region, research the aggregation of magnetic particles in the form of an optical waveguide structure, and finally study the optical fiber waveguide structure,magnetic fluid loading method and the optical controllable properties.It is hoped that an alternative tunable all-fiber functional devices can be proposed for all-optical communications.

集光信号传输、处理与调控为一体的全光纤功能器件是全光网络的关键技术之一。近年来研究人员不断研制新材料、探索新机制和设计新结构来研制新型的全光纤功能器件，让其具有更强的信号调控能力，从而更好满足光网络对器件功能的要求。纳米磁流体是一种光学特性随外磁场变化的新型功能材料，申请者提出通过优化配置磁流体，再利用光纤微结构束缚纳米磁流体从而研究一类光控的全光纤功能器件，其核心思想是利用控制光去调控所配置磁流体的性能，从而实现对信号光的调控。因此本项目将首先研究不同粒径和形貌的纳米磁流体材料的优化配置方法，进而提高纳米颗粒的成链速度等影响光学性能的参数；在所研制材料的基础上，探索在尺度受限的光波导区域内纳米磁流体材料的光动力特性和光波作用下磁性颗粒的流动方向与聚集形式，最后研究光波导结构与磁流体的载入方式和光学调控特性。希望能为全光通信领域提供可供选择的光控可调谐全光纤功能器件。

集光信号传输、处理与调控为一体的全光纤功能器件是全光网络的关键技术之一。近年来研究人员不断研制新材料、探索新机制和设计新结构来研制新型的全光纤功能器件，让其具有更强的信号调控能力，从而更好满足光网络对器件功能的要求。纳米磁流体是一种光学特性随外磁场变化的新型功能材料，项目组优化配置了水基磁流体，然后利用飞秒激光加工系统在单模光纤上加工制作微结构波导，将磁流体载入到局域空间内，研究了不同磁场大小和方向下的光传输性能。结果表明，输入光强度不变时，输出光强度随平行磁场强度的增大而增大，随垂直磁场强度的增大而减小。将平行磁场和垂直磁场两种情况结合搭建全光纤衰减系统，可以实现可调谐范围为-15dB-15dB的磁控全光纤可调衰减器。项目组将纳米磁流体加载到自行设计的一种新型基于光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)的微光纤干涉仪中，理论分析了微光纤干涉仪干涉臂直径对其调谐特性的影响，探索了电弧等离子放电对光子晶体光纤空气孔的影响，从而研制出一种紧凑型的波长调谐器件。结果表明，在磁场强度范围为0mT到30mT之间，该器件的波长调谐灵敏度高达117.9pm/mT。此外，项目组设计并制作了一种基于柚子型光子晶体光纤的热光波长可调回音壁谐振腔滤波器。将磁流体填入PCF空气孔后干燥成固体颗粒，消除磁流体流动的不稳定性，同时增大磁颗粒与泵浦激光的作用面积，提高泵浦效率。利用980nm和1550nm两种泵浦激光，研究了该器件的热光调谐性能。结果表明，谐振波长与泵浦功率呈线性关系。其中，980nm泵浦时波长调谐灵敏度和调谐范围分别为162pm/mW和4.31nm；1550nm泵浦时波长调谐灵敏度和调谐范围分别为108pm/mW和4.372nm，调谐响应时间在毫秒量级。最后，项目组研制出一种基于液体填充的超紧凑M-Z干涉型器件，在基于微结构光纤的超紧凑M-Z干涉仪的干涉臂上利用飞秒激光加工技术刻蚀两个直径为15μm的微流通道，在一个充当干涉臂的空气腔内填充可调谐的磁性液体，构成两个具有较高折射率差系数差的干涉臂，从而在外场的作用下实现高灵敏度的波长调谐。