基于二硫化锡的微米光纤环的光控光特性实验研究

发布时间：2020-05-25 17:58

【摘要】：微米光纤环是微米量级尺寸的光纤制备的环形谐振器,其形式有MLR(micro-loop resonator)、MCR(micro-coil resonator)和MKR(micro-knot resonator)。由于其具有尺寸小、制作简单、低成本以及优异的谐振特性,因此被广泛应用于各种光纤光学器件。其中以MKR结型谐振器性能最为稳定。微米光纤环很重要的一个特征为其较大的倏逝波场。这些倏逝波常结合一些性质可被光、温度、电流以及湿度等物质调制来开发不同功能的光纤器件。其中,属于金属二维硫族化合物的SnS_2有着类石墨烯的二维结构。由于其具有独特的光学和电学性质,因此在各类光电探测器、生物传感器、激光器等光电子器件中具有广泛的应用。本文基于MKR的强倏逝波和SnS_2光吸收的相互作用来实现光控光纤器件,并就该光纤器件进行了光控特性研究,同时还对其响应时间进行了测试。实验中,首先用火焰加热单模光纤拉锥至几个毫米来进行微米光纤的制备。接着,将拉锥后微米直径大小(光纤直径d~7μm)的光纤打结成几百个微米直径的微米光纤环。对MKR(微环直径D~480μm)表征实验的第一步为共振稳定性的测量。为此,分别将其加载在普通玻片(折射率为1.45)上以及氟化镁片(MgF_2折射率为1.37)上进行稳定性测试。结果显示氟化镁(MgF_2)片上的MKR稳定性好、谐振好、消光比大、损耗小。在MKR的光控实验,首先采用位移平台将制备好的MKR进行固定。其次利用引流的方法或逐滴扩散SnS_2对MKR远离结区部分区域进行沉积。对于MKR上沉积SnS_2的光控实验方法为采用不同功率的405nm紫光外泵浦的方式照射沉积了SnS_2的环区位置来改变微环输出光功率。当紫光功率(0,5.1,10,15.3,20.2mW)增大时,谐振峰的相对传输功率损耗减小,消光比减小,其中最大变化可达~4.5dB。在1544.787nm波长处灵敏度最大约为~0.22341dB/mW,在1569.592nm波长处线性相关最大,线性相关系数为0.9952。由于MKR结构的多谐振峰特性,该实验还同时研究了不同谐振峰性质(如Q值、消光比等)对输出光功率变化率大小的关系。实验表明谐振Q值、消光比越大,相对传输出光功率变化越大。另外,我们还对器件在405nm紫光不同光功率下的时间响应进行了测试。实验结果表明当405nm紫光光功率越大,相对响强度越大,但其响应时间并不受泵浦光功率影响,器件的响应时间最快可达到~3.2ms。本研究工作创新之处:1、对沉积了SnS_2的光纤微环,采用紫光外泵浦的方式获得光控特性以及快速响应时间(~3.2ms)的光纤器件。2、用引流的方法得到高品质因数Q和高消光比ER的沉积SnS_2的微米光纤环。在同一实验条件中,研究和分析了不同谐振特性(Q值以及消光比等)与光控功率变化的关系。
【图文】：

图 1-3 主动锁模光纤环形激光器装置图[27] 所示为 2006 年来自浙江大学的童利民研究小组在折射率~1.37 的水）微纳光纤环和在折射率为~1.32 的 MgF2片上的微纳光纤环所测得纳光纤环在不同环境下的传输谱来看，相对于在空气中的微纳光纤环在氟化镁片上都引起了波长的漂移，同时还可以观察到消光比变大，液内的微纳光纤环和氟化镁片上的光纤环带来 MKR 的有效折射率的纤环处的光场，使得波长漂移，其次水溶液和氟化镁片上的微纳光纤中高，导致了消光比变大。

图 1-3 主动锁模光纤环形激光器装置图[27]如图 1-4 所示为 2006 年来自浙江大学的童利民研究小组在折射率~1.37 的水溶液内的结型（MKR）微纳光纤环和在折射率为~1.32 的 MgF2片上的微纳光纤环所测得的透射谱线[12]。从微纳光纤环在不同环境下的传输谱来看，相对于在空气中的微纳光纤环，无论是水溶液还是在氟化镁片上都引起了波长的漂移，同时还可以观察到消光比变大，可以得出结论，水溶液内的微纳光纤环和氟化镁片上的光纤环带来 MKR 的有效折射率的改变，，进而影响了光纤环处的光场，使得波长漂移，其次水溶液和氟化镁片上的微纳光纤环耦合效率比在空气中高，导致了消光比变大。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253

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本文编号：2680526