基于石墨烯—微光纤混合波导的光学四波混频特性研究

发布时间：2017-09-30 06:06

  本文关键词：基于石墨烯—微光纤混合波导的光学四波混频特性研究

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【摘要】：光纤中的非线性效应是目前光纤通信和传感领域研究的热点方向之一。一方面,光纤中的非线性效应会对光纤系统性能产生不利的影响：另一方面,四波混频过程中会产生多个新频率光,利用新频率光的特性可以对多种光器件的性能进行优化和扩展。当光束沿光纤传输的过程中满足一定的相位匹配条件时,就会产生包括四波混频现象在内的光学非线性效应。因此,基于光纤的四波混频效应及其应用已成为国内外学者在光纤非线性领域的研究热点。石墨烯,作为新型二维材料,自出现以来就备受国内外研究人员的关注。石墨烯材料具有独特的光学特性,如极宽广谱吸收特性、超高光学非线性特性等,是一种新颖的光学非线性材料,因此,开展石墨烯与微纳尺度光波导结构相结合的光学非线性特性和器件的研究,不仅在光纤非线性领域具有较高的研究价值,同时对形成一系列基于石墨烯与微纳光波导结构相结合的新型光子器件也具有参考意义。本文利用湿法转移工艺,以化学气相沉积法生长的石墨烯与微纳光纤波导结构进行有效结合,并实验研究了其光学四波混频特性。在该混合结构中,利用石墨烯的光倏逝场增强效应和广谱高非线性特性,我们以微光纤为载体,设计了混合波导的结构参数,分析了其色散特性,并满足相位匹配条件,成功实现了基于石墨烯-微光纤混合波导结构的四波混频现象。本文对基于石墨烯-微光纤混合波导结构中的光传输和非线性特性,四波混频的激发条件和转换效率等进行了理论分析和实验研究。本文主要研究内容包括：(1)石墨烯-微光纤混合波导结构的设计、制备工艺研究和特性分析。(2)石墨烯材料三阶光学非线性效应和石墨烯-微光纤混合波导四波混频特性的理论研究和仿真分析。(3)基于石墨烯-微光纤混合波导的四波混频特性的实验研究,包括设计了高功率脉冲光泵浦和飞秒脉冲光泵浦两种情况下四波混频效应的实验系统和测试方案。(4)分析了基于石墨烯-微光纤混合波导结构四波混频的特性、实验结果和应用前景。
【关键词】：石墨烯 微纳光纤 非线性 四波混频
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253;O613.71;TN814
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究动态11-14
• 1.2.1 四波混频的背景和应用11-12
• 1.2.2 石墨烯及微纳光纤的研究动态12-14
• 1.2.3 基于石墨烯的四波混频的研究14
• 1.3 本课题主要内容及意义14-16
• 第二章 石墨烯-微光纤混合波导的非线性特性研究16-32
• 2.1 微光纤的光学传输特性16-19
• 2.2 石墨烯的光学特性分析19-22
• 2.2.1 石墨烯的复折射率19-21
• 2.2.2 石墨烯材料的高阶非线性21-22
• 2.3 石墨烯-微光纤混合波导的光学传输特性22-25
• 2.3.1 石墨烯-微光纤混合波导的结构模型22-23
• 2.3.2 石墨烯-微光纤混合波导的传输特性和模场分布23-25
• 2.4 石墨烯-微光纤中的四波混频25-31
• 2.4.1 四波混频理论基础25-27
• 2.4.2 相位匹配与色散27-28
• 2.4.3 石墨烯-微光纤的非线性增益28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 石墨烯-微光纤混合波导的制备工艺研究32-40
• 3.1 微纳光纤的制备32-34
• 3.2 石墨烯的制备34-36
• 3.3 石墨烯-微光纤混合波导制备36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 石墨烯-微光纤混合波导的光学四波混频特性研究40-53
• 4.1 基于高功率脉冲光泵浦的四波混频研究40-46
• 4.1.1 实验系统与设备40-41
• 4.1.2 实验步骤与说明41-42
• 4.1.3 实验结果与分析42-46
• 4.2 基于飞秒脉冲光泵浦的四波混频研究46-51
• 4.2.1 实验系统与设备46-47
• 4.2.2 实验步骤与说明47-48
• 4.2.3 实验结果与分析48-51
• 4.3 本章小结51-53
• 第五章 结论与展望53-54
• 5.1 全文总结53
• 5.2 本研究课题的未来展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间取得的成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 于洋;张学亮;宋章启;卫正统;孟洲;;微光纤耦合器制作及振动传感特性研究[J];中国激光;2014年11期

2 张庆国;陆莹;杨杨;吴止境;金振兴;;石墨烯电极材料的制备及其在双电层电容器中的应用[J];电子元件与材料;2013年08期

3 韩同伟;贺鹏飞;骆英;张小燕;;石墨烯力学性能研究进展[J];力学进展;2011年03期

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本文编号：946536