基于液晶包覆的长周期光纤光栅的调谐特性研究

作     者：王少石 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈建平

授予年度：2009年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：长周期光纤光栅 液晶 谐振波长 模式跳变 湿簧继电器 

摘      要：光交换和光传输是构成现代信息网络基本构架的两大支撑技术。随着光波分复用技术的成熟,光纤中的信道数目越来越多,必须采取新的技术来灵活地实现光信号的路由与交换。波长选择光开关是实现这一目标的一种新型基础器件,而波长调谐是其关键技术。因此,开展波长调谐器件与技术的研究具有很大的现实意义。 长周期光纤光栅能够将纤芯导模某些特定波长的光耦合到同向传输的包层模式中,具有带阻作用,可实现波长选择功能。该谐振波长对环境折射率的变化比较敏感,在外包层包覆折射率可调的光学材料,可以实现调谐功能。液晶是一种折射率可调的光学材料,其折射率会随外界温度和外加电场变化。本文旨在利用液晶材料的折射率可调性,设计、实现以液晶作为长周期光纤光栅包覆层的调谐结构。 基于液晶的长周期光纤光栅的调谐特性取决于可调的液晶折射率。为了研究液晶折射率随外界温度与外加电场的变化情况,需要对液晶折射率进行精密测量。本文利用光纤端面后向反射法测量了液晶的折射率,获得了液晶折射率随温度与外加电场变化的详细数据。 论文详细分析了长周期光纤光栅的相关理论和调谐特性,搭建了实验平台,通过改变温度和电场,实验研究了基于液晶的长周期光纤光栅的频谱特性和调谐特性。本文所使用的液晶为德国默克公司的MDA-98-3699型液晶。在外界温度变化范围为20°C到65°C时,该液晶的折射率从1.477增加到1.515,与此相对应的长周期光纤光栅的谐振波长最大变化值为8.53nm。当外加电压从0V变化到400V时,测得液晶折射率从1.477变为1.48,相应的谐振波长的最大变化值为4.79nm。论文对上述实验进行了数值仿真分析和计算,理论和实验结果相吻合,验证了实验工作的可靠性。 本文还对其他两项工作进行了探索性研究:利用湿簧继电器中簧片与水银的相对运动,对光波进行调制,实现光开关功能;探索了光纤微环谐振腔的制作方法,这种微环可与去除包层的裸纤相耦合来实现具有选频特性的光纤器件。