基于全固光子带隙光纤的微纳光纤与波导阵列光栅研究

全固光子带隙光纤是一种新型利用光子带隙效应传导的光子晶体光纤，由于制作工艺简单，是研究二维光子带隙光纤物理内涵及各种机理的一种简捷模型。与普通光纤相比，不仅具有独特的传导机制和色散特性，还具有结构设计灵活、独特的模式特性等优点。将全固光子带隙光纤的横向纬度减小及在其上写制光纤光栅，实现准三维的光子晶体结构，研究微纳尺度的光子带隙光纤及光栅，不仅可以更好地控制光的传输和调控，而且可以提出多种新奇的光子带隙及微纳波导结构，产生诸多新现象、新机理与新应用，具有重要的理论研究价值和实用意义。本项目首先通过提出并研制多种具有奇异特性或改善性能的微纳光子带隙光纤，深入研究微纳光子带隙光纤的传导机制、色散特性、模式转换、特殊应用等诸多物理问题和科学技术问题，然后开展在全固光子带隙光纤中写制波导阵列光栅及微纳光纤光栅的基本理论、技术、物理现象和应用研究。该项目具有非常大的创新空间。

全固光子带隙光纤是一种新型利用光子带隙效应传导的光子晶体（微结构）光纤，由于制作工艺简单，是研究二维光子带隙光纤物理内涵及各种机理的一种简捷模型。将全固光子带隙光纤的横向纬度减小及在其上写制光纤光栅，实现准三维的光子晶体结构，研究微纳尺度的光子带隙光纤及光栅，不仅可以更好地控制光的传输和调控，而且可以大大拓宽微结构光纤的应用范围。通过本项目研究，实现了对光子带隙光纤的特性调控；观察到了微纳尺度下光子带隙光纤的一些新奇特性与应用；提出一些新颖波导结构，并发现了一些新奇现象、物理机制以及新型应用。本项目取得的主要创新性研究成果包括：1、国际上率先在波导阵列光纤、光子带隙光纤等多种功能微结构光纤上写制出长周期和Bragg光栅，实现了准三维的光子带隙光纤结构，发现、研究并揭示了纤芯基模与纤芯高阶模、包层超模之间的模式耦合新机理和新现象，提出并建立了相关理论及分析模型，实现了多种模式之间的耦合与控制；发现并诠释了一些模式耦合和光波传导的规律，提出了高性能干涉仪、多参量传感器等多种新型器件及应用。2、研制出微纳全固光子带隙光纤并实现其带隙的调控，将其与特定模式耦合设计的全固光子带隙光纤光栅有机结合，提出并实现了新型、紧凑的光子带隙光纤在线干涉仪。利用该干涉仪独特的光谱和传感特性，实现了弯曲和温度的双参数同时传感测量。3、掌握了微纳光纤及谐振环的研制工艺和技术，通过控制微纳光纤结构参数，实现了对光纤双折射、色散、模式等特性的调控，在此基础上提出将微纳光纤与半导体纳米线高效有机结合，实现了GaAs/AlGaAs纳米线的室温单模波长可调控激射；提出了三种基于少摸光纤的光纤模式选择耦合器，实现了多种模式之间的高效转换。本项目提出并成功演示了多种新型、高性能的传感器、滤波器等光纤功能器件，实验获得的部分器件技术指标较传统光纤技术提高3-5个数量级，为同类光纤器件中的最高值。发表论文共计26篇，其中SCI索引18篇（Appl. Phys. Lett.、Opt. Lett.、Opt. Express上文章14篇），已被引用50余次。在学术会议上做特邀报告4次。申请发明专利3项。获天津市自然科学二等奖1项、南开大学优秀成果奖1项。培养博士和硕士11人。负责人在项目执行期间获得国家优秀青年科学基金、入选天津市首批“中青年科技创新领军人才推动计划”及南开大学“百名青年学科带头人培养计划”。