基于微纳米工艺技术的新型光纤模式干涉器件原理与应用

　　本书论述了基于微纳米结构和尺度的新型光纤模式干涉器件的原理、建模、制备和特性，包括具有微纳米厚液晶涂敷层的长周期光纤光栅和局部弯曲的微纳米光纤模式干涉仪。应用四层模型分析了具有高折射率微纳米涂敷层的长周期光纤光栅中的模式迁移效应和调谐特性，采用刷涂工艺在ＬＰＦＧ表面制备了不同厚度的液晶涂敷层，利用模式迁移效应在实验上实现了ＬＰＦＧ 的大范围热光／电光调谐；用阶梯近似法和直波导等效法分析了具有弯曲结构的锥形微纳米光纤的传输特性，理论研究并实验验证了基于此类结构的模式干涉仪传输谱的温度不敏感条件，实现了高灵敏度折射率传感和微位移传感。

　　罗海梅，博士、副教授，2013年博士毕业于上海交通大学电子信息与电气工程学院，研究方向为微纳米光电子器件和光纤传感。自2000年起，在江西师范大学物理与通信电子学院任教至今。2003年，赴澳大利亚TAFE NSW大学进修；2016年，赴英国QMUL大学进修访学。近年来，在国内外学术刊物和国际会议上发表论文40余篇，其中SCI／EI检索30余篇。完成学术专著1部。申请国家专利1项。主持国家自然科学基金项目1项，省部级课题5项。参与国家重点基础研究发展计划（973计划）和国家高技术研究发展计划（863计划）各1项。获第五届江西省高等学校科技成果奖二等奖2项（排名第1、第三），三等奖1项（排名第二），获江西省教学成果奖二等奖1项（排名第二）。省级精品课程、省级精品资源共享课主讲教师。李新碗，教授、博士生导师。1990年本科毕业于苏州大学物理系，1993年获上海科技大学（现上海大学）无线电系电磁场与微波技术专业硕士学位；从1993年起，在上海交通大学光纤通信国家重点实验室任教至今。1997年赴英国ESSEX大学进修，2001年与美国硅谷OPCOM公司有项目合作，2005年获上海交通大学电子工程系电子科学与技术专业博士学位并任教授岗位，2007年韩国全北大学访问教授。2011年3月至2012年3月任宁夏大学物理电气信息学院院长。曾先后主持国家高技术研究发展计划（863计划）2项、国家自然科学基金项目2项，目前主持科技部国际合作项目，以及其他部委、省市、企业开发项目累计近30项，发表论文100多篇，作为第1发明人获得1项美国发明专利授权。2001年获得中国高校科技进步奖二等奖，2004年获得上海市科技进步奖二等奖，2005年获得教育部新世纪优秀人才计划，2006年获得上海市“曙光学者”称号，2012年获得上海交通大学校长奖。

第1章绪论 1.1研究背景与意义 1.2典型光纤模问干涉器件的研究现状与发展趋势 1.2.1典型光纤模间干涉器件一：光纤光栅 1.2.2典型光纤模间干涉器件二：锥形光纤 1.3实现新型光纤模间干涉器件的微纳米工艺技术 1.3.1光纤表面和表层微纳米薄膜工艺 1.3.2微纳米光纤的加工工艺 1.4本书的研究思路与主要研究内容 1.4.1研究思路 1.4.2本书结构安排 参考文献 第2章覆盖微纳米高折射率涂敷层的长周期光纤光栅的理论分析与模拟计算 2.1四层模型LPFG的模式耦合 2.1.1各包层模的有效折射率和传输常数 2.1.2耦合系数和耦合常数 2.1.3四层模型LPFG的模式耦合方程 2.1.4谐振条件 2.2四层模型LPFG的数值计算和模拟分析 2.2.1四层模型LPFG的透射谱的模拟计算方法 2.2.2高折射率微纳米涂敷层对LPFG模场分布的影响 2.2.3不同微纳米涂敷层折射率下的LPFG的频谱和大范围波长调谐 2.2.4LPFG的包层半径对谐振峰漂移量的影响 2.3本章小结 参考文献 第3章具有弯曲结构的锥形微纳米光纤的理论分析与模拟计算 3.1锥形微纳米光纤的结构模型 3.2直锥形微纳米光纤的传输特性 3.2.1束腰区微纳米光纤的基本特性 3.2.2直锥形过渡区域的基本理论 3.2.3直锥形微纳米光纤传输谱的模拟计算 3.3弯曲的锥形微纳米光纤的传输特性 3.3.1弯曲的锥形过渡区域的绝热条件与非绝热条件 3.3.2非绝热弯曲的锥形过渡区域的模式耦合分析 3.3.3非绝热弯曲锥形微纳米光纤的传输谱的模拟计算 3.4本章小结 参考文献 第4章覆盖微纳米液晶涂覆层的长周期光纤光栅特性的实验研究 4.1液晶材料简介及其折射率测量 4.1.1液晶的特点及分类 4.1.2液晶折射率的测量原理 4.1.3不同温度下液晶折射率的测量方法 4.1.4不同温度下液晶折射率的实验测量结果 4.2覆盖微纳米液晶涂覆层的LPFG器件的制备 4.2.1器件结构参数优化计算 4.2.2器件制备 4.3覆盖微纳米液晶涂覆层的LPFG器件的调谐特性研究 4.3.1热光调谐特性 4.3.2电光调谐特性 4.3.3特定温度下的大范围电光调谐特性 4.4本章小结 参考文献 第5章基于弯曲结构锥形微纳米光纤的模间干涉仪特性的实验研究 5.1微纳米光纤拉伸系统及工艺简介 5.2微纳米光纤独特的物理特性 5.3基于弯曲结构的锥形微纳米光纤模间干涉仪的制备及传输谱特性 5.4基于弯曲结构的锥形微纳米光纤模间干涉仪的传感特性研究 5.4.1高灵敏度折射率传感特性 5.4.2温度特性 5.4.3微位移传感特性 5.5本章小结 参考文献 第6章结束语 6.1本书主要工作 6.1.1覆盖高折射率微纳米涂敷层的LPFG的理论分析与实验研究 6.1.2具有弯曲结构的锥形微纳米光纤的理论分析与实验研究 6.2研究主要创新点 6.3工作展望