1、光纖光柵作為最重要的光纖器件之一,在光通信和光傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。近年來,微結(jié)構(gòu)光纖的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展,為光纖光柵技術(shù)的進一步發(fā)展提供了新的平臺。通過對光纖微結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和光纖光柵實現(xiàn)方式的創(chuàng)新,在微結(jié)構(gòu)光纖上制作的光纖光柵將可能具有新穎的光譜特性和應(yīng)用價值。另一方面,在微結(jié)構(gòu)光纖中進行光纖光柵的寫制是分析微結(jié)構(gòu)光纖模式特性和色散特性的重要實驗手段。本論文闡述了微結(jié)構(gòu)光纖光柵的模式耦合理論,探索出-整套在多種微結(jié)構(gòu)光纖中制作光纖光柵

2、的工藝,在折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖、全固態(tài)光子帶隙型光纖、Bragg光纖等多種微結(jié)構(gòu)光纖中成功寫制了光柵,并對它們的光譜特性、耦合方式和應(yīng)用前景作了詳細分析,主要內(nèi)容包括： 1.基于光纖光柵的耦合模理論和微結(jié)構(gòu)光纖的模式特性,建立了微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論分析方法,這為我們在理論上解釋各種微結(jié)構(gòu)光纖光柵的光譜特性和模式耦合建立了基礎(chǔ)。 2.探索出一套在多種微結(jié)構(gòu)光纖中寫制光柵的工藝,包括：微結(jié)構(gòu)光纖與單模光纖的低損耗熔接技術(shù)

3、、微結(jié)構(gòu)光纖的載氫處理、紫外寫制工藝的改進、超連續(xù)光源的搭建等。 3.在國內(nèi)首次報道了在國產(chǎn)柚子型光纖中寫制的光纖Bragg光柵(FBG)。在實現(xiàn)了該光纖與單模光纖低損耗熔接的基礎(chǔ)上,利用相位模板法在這光纖上成功寫制了Bragg光柵,光柵深度達30dB以上；在這種光纖上寫制了傾斜光柵,觀察到多個包層模諧振峰；在傾斜光柵中填充高折射率匹配液,觀察到了包層模諧振的減弱。 4.在國內(nèi)首次報道了在多層空氣孔的光子晶體光纖中寫制的

4、Bragg光柵。通過載氫處理提高了光子晶體光纖的光敏性,以抵消空氣孔散射對光柵寫制效率的影響。在纖芯高摻鍺、10層空氣孔的光子晶體光纖中制作的光柵具有兩套高階模諧振峰,且觀察到了深度達10dB的強包層模諧振峰。為了提高寫制效率,利用雙光子吸收法在這種光纖中寫制光柵,在未載氫的情況下,180秒內(nèi)即可完成光柵的寫制?；趦煞N不同的光子晶體光纖中的Bragg光柵,分析了微結(jié)構(gòu)光纖各結(jié)構(gòu)參數(shù)與摻雜纖芯與純石英的折射率差對光柵光譜特性、光柵寫制效

5、率和折射率調(diào)制可見度等方面的影響。 5.利用193nm波長的ArF準分子激光器進行了在純石英折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖中寫制Bragg光柵的嘗試,并觀察到一個較弱的反射峰。 6.在國際上首次報道了在全固態(tài)光子帶隙光纖中寫制的Bragg光柵。這種光柵的折射率調(diào)制區(qū)域分布在光纖包層的高折射率柱陣列內(nèi),我們不僅觀察到光纖基模向反向基模的耦合,還觀察到基模向傳導(dǎo)超模的耦合?；诟鞒Ｔ诟哒凵渎手嚵兄邢辔魂P(guān)系和模式的對稱性,揭示了各諧振峰

6、產(chǎn)生的原因,指出只有某些滿足特定相位關(guān)系的超模對基模-超模諧振具有貢獻。在理論和實驗上分析了光柵寫制過程中的動態(tài)過程,包括帶隙的漂移和各諧振波長的變化。分析了光柵的彎曲特性,發(fā)現(xiàn)了由于光柵折射率調(diào)制的不均勻引起其彎曲響應(yīng)與彎曲方向有關(guān)的特性。此外,還在全固光子帶隙光纖中寫制長周期光柵,給出了基模一傳導(dǎo)超模耦合的相位匹配曲線,并對其溫度特性進行了分析。 7.在全固態(tài)Bragg光纖中寫制的Bragg光柵,觀察到光纖正反向基模之間的耦

7、合。這一實驗結(jié)果為下一步設(shè)計基于Bragg光纖FBG的折射率傳感器奠定了基礎(chǔ)。在纖芯小于1μm的Bragg光纖中寫入光柵,根據(jù)對應(yīng)的透射譜發(fā)現(xiàn),由于纖芯太小,光纖中模場以無法被光子帶隙效應(yīng)限制。而是轉(zhuǎn)化為折射率引導(dǎo)。 8.基于空芯Bragg光纖和弱折射率引導(dǎo)型微結(jié)構(gòu)光纖中的FBG,分別提出折射率傳感器結(jié)構(gòu),該傳感器在保證原有光纖對填充樣品的探測能力的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了對樣品折射率的測量。定量分析了傳感器靈敏度、模場能量與樣品交疊等主