1、隨著信息時代和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的到來以及快速發(fā)展，光通信、光互聯(lián)等高速率信息的傳輸及處理的要求越來越高。為滿足全光纖光子集成系統(tǒng)對微納光子器件的要求，人們不斷探求新材料、新原理、新方案和構(gòu)思。結(jié)合微納波導(dǎo)技術(shù)與光電功能材料物理效應(yīng)，通過研究光波導(dǎo)中的光束傳輸和調(diào)控從而實現(xiàn)微納光子器件成為了光子學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的重要課題。本文是以各種微結(jié)構(gòu)的微納光纖作為敏感元件，借助其強(qiáng)倏逝場等特性，并與納米功能材料相結(jié)合，與周圍環(huán)境產(chǎn)生緊密的相互作用，研究了對外界

2、環(huán)境參量敏感的一系列微結(jié)構(gòu)光纖傳感器。本文主要采用電弧放電法對具有不同傳導(dǎo)特性的光纖進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析了其中光傳播的特性，并結(jié)合納米功能材料對其傳感特性進(jìn)行了理論和實驗分析，實現(xiàn)了高靈敏度、低溫敏感傳感，具有較好的應(yīng)用前景。
　　本論文主要研究內(nèi)容包括：
　　1.熔接機(jī)電弧放電法制備微結(jié)構(gòu)光纖。借助控制高精度平移臺步進(jìn)距離、速度以及熔接機(jī)的放電時間、放電功率等參數(shù)，不同直徑、不同錐區(qū)長度等不同參數(shù)的錐型微結(jié)構(gòu)光纖可以被制

3、備出來。通過數(shù)值計算理論分析了錐形微結(jié)構(gòu)光纖的倏逝場特性和模式能量分布的特點(diǎn)。隨著光纖直徑的減小，光纖中能量將不局限在光纖纖芯當(dāng)中，有一部分能量將泄漏到包層當(dāng)中，以倏逝波的形式存在。光纖直徑越小，倏逝場能量越強(qiáng)，與外界相互作用也會增強(qiáng)，對外界環(huán)境變化的檢測越加靈敏。
　　2.基于周期錐微結(jié)構(gòu)單模光纖以及集成 SiO2納米粒子拉錐方形光纖分別提出了折射率傳感器以及相對濕度傳感器。通過對高精度的平移臺以及熔接機(jī)放電參數(shù)的調(diào)控分別制備出

4、了周期錐微結(jié)構(gòu)單模光纖以及錐結(jié)構(gòu)方形光纖，并將錐結(jié)構(gòu)方形光纖與 SiO2納米粒子集成，分析了這兩種傳感器的傳感機(jī)理，構(gòu)建了有效的理論模型,并分別通過實驗分析了外界折射率對周期錐微結(jié)構(gòu)單模光纖以及相對濕度對基于 SiO2納米粒子錐結(jié)構(gòu)方形光纖這兩種傳感器的傳感特性。
　　3.提出并實現(xiàn)了兩種基于微結(jié)構(gòu)全固波導(dǎo)陣列光纖的磁場傳感器。分別通過熔接機(jī)電弧放電的方法在全固波導(dǎo)陣列光纖上制備出了錐結(jié)構(gòu)以及周期錐結(jié)構(gòu)，并結(jié)合納米磁流體材料實現(xiàn)了