基于选择性填充的光子晶体光纤光开关研究

光纤光开关是光纤传感、光纤激光器和全光通信网络等领域的关键器件之一。但传统光纤光开关由于单模光纤结构、模式、色散特性和所用器件类型的限制，存在尺寸较大和波长调谐性能不足等问题。光子晶体光纤因具有新颖的模式、色散特性，其在光开关方面的应用得到了相应的研究。特别是通过填充高折射率材料到光子晶体光纤的所有空气孔中形成光子带隙（PBG）效应，可以增强光开关的调谐性。然而基于PBG效应的光纤光开关依然存在带宽较大、波长选择性能不佳的缺点。本项目提出一种新型的超宽带可调谐光子晶体光纤光开关结构，通过纤芯与空气孔包层中一个填充波导之间的模式耦合实现光开关功能；采用飞秒激光加工辅助的选择性填充方法，将合适材料填充到光子晶体光纤的一个空气孔中，并通过CO2激光激励、外加交流电场激励和超快激光脉冲激励的方法分别研究其热光、电光和全光开关时间特性。

该项目研究基于光学功能材料选择性填充的光子晶体光纤光开关机理与特性，旨在理解和掌握光学材料波导与光子晶体光纤纤芯相互耦合的物理机理、传感特性以及此类耦合器用作光开关的性质和特点。根据项目计划书中的要求，我们研究了基于标准折射率液选择性填充的光子晶体光纤耦合器的应力传感特性，并采用二氧化碳激光加热方法测试了此类耦合器作为热光开关的开关时间；进一步采用氢敏材料涂覆此类耦合器，研究其氢传感特性，获得的灵敏度在迄今为止见于报道的光纤氢传感器中遥遥领先；提出了一类基于液体填充的可压缩光纤FP腔结构，用于测气压时其灵敏度比之前见于报道的光纤压力传感器高出一到两个数量级；另外，还基于空心光子晶体光纤的光学材料选择性填充发展了一种反谐振光纤导光机理，并研究了将其应用于水位和温度测量时的传感特性。