基于新型多芯微结构光纤中特殊芯间耦合机制的快光与慢光传输

全光连续可调的光学延迟线在全光网络和光信息处理等领域具有重要的应用前景。本项目提出了一种基于新型微结构光纤的快慢光传输器件，拟设计、制作存在特殊芯间耦合的多芯集成式微结构光纤，利用其新颖的色散特性以实现对光信号传输速度的全光调控。在对特殊芯间耦合机制深刻理解、并对多芯微结构光纤传输特性精确分析的基础上，利用现有微结构光纤的制备工艺制作实现该器件。该器件集中了可实现多比特的较大光学超前与延迟、脉冲的无展宽传输、适于皮秒乃至亚皮秒脉冲的带宽等几大优势，提供了一种极具实用前景的全光可控光延迟方案。

自2011年项目以来，课题组按照任务书（及2012年度调整方案）开展研究工作，努力完成了既定的研究任务。在基于微结构光纤的快慢光传输方面取得的研究成果包括：.我们设计了一种基于非对称双芯耦合机制来实现快、慢光传输的双芯微结构光纤。非对称微结构光纤芯区由两个纤芯组成，一个纤芯是由规则网格节点上7个空气孔的缺失形成的圆形纤芯；另一个纤芯是通过在位于规则网格结点上的1个空气孔内壁沉积半导体材料Si形成的环形纤芯。合理设计微结构光纤结构可使两纤芯模式在1.55μm处实现共振，在共振波长处两纤芯能发生完全耦合。理论分析表明：该耦合结构的超模群折射率演化不同于单个波导中导模的群折射率演化。该光纤能在1 cm长度内，实现对脉宽为2.0 ps的孤子脉冲延迟（由Si环入射）或加快（由SiO2孔入射）一个脉宽。在此基础上，研究了三芯微结构光纤快慢光传输特性。相比已有光纤慢光器件，该器件具备可实现多脉宽的延迟、带宽相对较大等优势。.我们实验研究了高非线性微结构光纤中基于受激布里渊散射的可调谐慢光延迟。采用单抽运光和单级延迟方案，以烽火公司拉制的高非线性微结构光纤作为慢光介质。当抽运光功率为162.6mW时，在长度为120m微结构光纤中获得了最大76ns延迟，相当于0.76个脉宽。通过调节抽运光功率大小，可以实现对慢光延迟量的调谐。该慢光延迟方案具有延迟量大、全光可调谐及与现有光通信系统兼容等优势。.此外，我们还在基于微结构光纤的超连续谱性能改善、长传输距离亚波长光场限制的等离子体激元波导、半导体纳米线及其异质结构等方面取得重要进展，主要包括：.1)利用单模光纤中的孤子压缩效应和双通道Littman-Metcalf滤波器使超连续谱的-10dB带宽从75nm展宽到140nm，峰峰值之间抖动减小了0.2dB，并对超连续谱的幅度噪声特性进行了研究。.2)结合了对称和混合模式的表面等离子激元光波导可以实现长传输距离、亚波长光场限制，并能抵消衬底带来的不利影响。.3)在半导体纳米线及其异质结构方面取得重要进展，包括GaAs纳米线侧面In(Ga)As量子点的MOCVD生长；纳米线轴向双异质结构无位错生长的临界尺寸分析；GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线轴向双异质结构的可控生长等。.在项目执行期间，课题组在国际学术刊物上发表SCI收录论文21篇。新申请国家发明专利2项。