基于磁流体的长周期光纤光栅磁光可调谐光滤波器

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长周期光纤光栅可调谐滤波器是一种能够适应智能化光网络需要的重要光滤波器,由于其具有对环境折射率变化敏感的特性,在长周期光纤光栅包层外包覆磁光折射率可调光学材料,可以制作成磁光可调谐光滤波器。磁流体的折射率随外加磁场变化而可调,因此成为了一种用于可调谐器件的新型光学材料。本文利用磁流体的折射率磁光可调性,提出并分析了基于磁流体的长周期光纤光栅磁光可调谐光滤波器。长周期光纤光栅的折射率调谐理论是设计和制作长周期光纤光栅可调谐滤波器的基础。以耦合模理论为基础,阐述了长周期光纤光栅的基模和包层模的矢量场的分布,模式间的耦合以及耦合模方程,并对不同环境折射率下,长周期光纤光栅的频谱特性进行了数值模拟,研究了谐振波长与环境折射率的关系,并分析了提高长周期光纤光栅调谐范围的途径。磁流体折射率的磁光可调性直接决定了基于磁流体的长周期光纤光栅磁光可调谐光滤波器的调谐范围,而了解磁流体折射率的磁光可调性,需要测量磁流体折射率随外加磁场变化而变化的情况。利用高效率、高精度的“光纤端面后向反射法”测量了不同强度的外加磁场下磁流体的折射率,研究了磁流体折射率的磁光可调性。在详细分析长周期光纤光栅的折射率调谐理论和深入研究了磁流体折射率具有磁光可调性的基础上,提出了基于磁流体的长周期光纤光栅磁光可调谐光滤波器。开展实验研究了这种磁光可调谐光滤波器的频谱特性和调谐范围,并且将实验结果与由耦合模理论数值模拟出的理论结果相比较,证明了实验结果的可靠性。同时测量了这种磁光可调谐滤波器可以达到的消光比,分析了提高该磁光可调谐光滤波器性能的方法。本文的实验中,所使用是密度为1.2 g/mL的水基Fe3O4磁流体,外加磁场强度的调节范围是0 Oe至1661 Oe,随着外加磁场强度的增大,磁流体的折射率由1.4471减小至1.4246,最大变化量为0.025。在该磁流体折射率的磁光可调特性基础上,制作的长周期光纤光栅磁光可调谐光滤波器,最大调谐范围是7.4 nm,消光比为3.28 dB。通过采用折射率与长周期光纤光栅包层折射率更加接近的磁流体,或者使用对环境折射率更加敏感的新型长周期光纤光栅结构来扩大基于磁流体的长周期光纤光栅磁光可调谐光滤波器的调谐范围。
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