石墨烯辅助的全光可调谐微纳光纤结型谐振器的研究

发布时间：2020-04-25 09:05

【摘要】：微纳光纤结型谐振器以其独特的波长选择特性以及优异的谐振增强特性使其在光通信和光信息处理领域引起了广泛的关注。其结构稳定、制作简单以及易于集成等优点,使得微纳光纤结型谐振器所制作的光学滤波器、光学传感器、光学分束器等器件得到了广泛的应用。随着人们对高速、大带宽的信号传输需求,利用全光通信的方式实现对光信号调制和探测已成为现今科研领域的热点问题。而器件的可调谐特性是实现全光调制的基础,因此,围绕微纳光纤结型谐振器的可调谐特性的研究受到大家的热捧。全光调谐的本质是一束光信号对于另外一束光信号的控制。利用光学非线性效应去实现对器件的全光调谐已成为热点研究问题。但是,传统的标准光纤非线性系数很低,这一致命的缺点极大地阻碍了微纳光纤结型谐振器实现有效全光调谐的可能性。为了提高光纤的非线性系数,人们想到利用微纳光纤周围的倏逝场,将具有高非线性系数的二维材料石墨烯包覆在微纳光纤表面,通过增强光与石墨烯之间的相互作用来提高光纤的非线性系数,实现有效的全光调谐。石墨烯作为一种单原子层厚度的新型二维材料,由于其突出的稳定性,独特的能带结构,简单的制备方法以及优异的光学特性使其在科研领域炙手可热。作为研究光与物质相互作用的基础,利用火焰拉锥技术可以制作出损耗极低、倏逝场强的微纳光纤器件,通过与石墨烯巧妙的结合,可以显著的增强光与石墨烯的相互作用,为以微纳光纤为基础的全光可调谐器件的研究提供了崭新的思路。基于此,我们提出了一种全新结构的石墨烯辅助的全光可调谐微纳光纤结型谐振器,为研究以微纳光纤腔型谐振器件实现高速全光调制提供了新的方向。通过外部泵浦光的直接照射,实现了光与石墨烯的直接相互作用。利用石墨烯的热光效应以及光学非线性效应,完成了对微纳光纤结型谐振器传输损耗、消光比以及谐振波长等参数的有效调谐,其传输损耗的调谐效率增加了69倍,消光比的调谐效率增加了125倍,谐振波长的调谐范围可覆盖光纤的整个波长透明窗口。
【图文】：

光纤器件,光纤

2 微纳光纤及微纳光纤结型谐振器.1 从标准光纤到微纳光纤在过去的几十年里，，光纤作为光信号传导介质已经在通信、传感、医学领域得到了良好的应用。在通讯领域，借助海底光缆，光信号被瞬间传送各大终端服务器，已建设成为具有高速、高效、高安全型的“地球村”网传感领域，通过将光纤掩埋在建筑物内，利用光纤优良的力学特性制作应器，实现对建筑物的安全监测[32]；在医学领域，利用光纤的高功率传输现医学照明或内窥镜成像[33]；在工业领域，利用大功率光纤实现大功率割及焊接[34]（图 1.1）。上述应用均是基于光纤直径远大于传输光波长的纤。然而，随着微纳器件微型化、集成化的飞速发展，高响应度、小尺寸敏度、低功耗的器件已成为市场的主导，为了探索光纤技术更广泛的应用环纤以及光纤器件的微型化问题亟待解决。微纳光纤作为未来微纳尺度下光光网络的基本功能单元以及宏观光学和微观光学的纽带，为未来光纤器件和集成化的发展提供了广阔的前景和有力的驱动[35-38]。

显微照片,显微照片,结构示意图,光纤

学硕士研究生学位论文石墨烯辅助的可调谐微纳光纤谐振器响极大，制约光纤微型化最大的障碍就是传输损耗，当时的科技手段无纳光纤制备的要求，光纤微型化的研究停滞不前。时至今日，商用标准输损耗已降至 0.1dB/km，对于微纳光纤的研究开始进入崭新的阶段。通热并拉伸传统标准光纤（直径为 125μm）能够很轻松地得到直径在微米纳光纤（图 1.2）（一般直径在几微米到几十微米），且具有传输损耗小滑、均匀性好等特点[8]。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

【参考文献】