可調(diào)諧光纖光柵微流體

摘 要：展示的是微結(jié)構(gòu)光纖的氣孔塞周期性注入微流體，使波長依賴性衰減，導(dǎo)致光纖之間產(chǎn)生共振耦合，形成光波導(dǎo)折射光柵。這是一個微結(jié)構(gòu)諧振的例子，建立了增強可調(diào)諧光子晶體器件潛在的方法。應(yīng)用的理論是液晶填充對光子晶體光纖傳輸特性的影響。

關(guān)鍵詞：光纖光柵 微流體 諧振耦合 可調(diào)性

中圖分類號：TN1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0065-01

在應(yīng)用方面，操縱光信號的光子設(shè)備正成為光通信，光纖傳感，醫(yī)療應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。目前我國的光柵技術(shù)有光線編碼器，大功率激光光柵，平面全系光柵，光柵單色儀等。隨著光柵技術(shù)的成熟，光纖光柵的應(yīng)用越來越多，光纖照明作為傳導(dǎo)光能的一種特殊形式，近幾年來應(yīng)用也越來越廣泛。縱觀國內(nèi)外的研究，微結(jié)構(gòu)光纖光柵的迅猛發(fā)展，使得光纖光柵技術(shù)不斷的完善。特別強調(diào)的是，自從1996年Knight等人研制出第一根光子晶體，光子晶體光纖光柵設(shè)計引起了廣大研究人員的興趣，改變光纖的設(shè)計實現(xiàn)它的更多的用途。

這里我們將設(shè)計用細管模擬光學(xué)波導(dǎo)光柵，定期間隔灌輸一種微流體進入氣孔塞，重構(gòu)創(chuàng)造周期折射率光學(xué)波導(dǎo)光柵。通過開關(guān)的控制，使整個裝置開始或者停止運動。變位器，可以負責(zé)控制總電阻，從而改變電路中的電流。電機，主要負責(zé)帶動桿轉(zhuǎn)動，使凸輪裝置周期性轉(zhuǎn)動。支架的作用是幫助固定整個裝置。電源，為電路中提供動力能源。調(diào)節(jié)變位器，改變電機運轉(zhuǎn)速度，我們將制作成定周期光纖微流體，微流體可具有可調(diào)諧性。

本次設(shè)計基于光子帶隙理論。當(dāng)在PCF的空氣孔中填充液晶后，光纖變成了光子帶隙光纖。基于1999年，Eggleton等人采用傳統(tǒng)的相位掩模法和振幅掩模法在鍺摻雜六角型光子晶體光纖中制造Bragg光柵和長周期光柵，這種做法增加了光芯部分的折射率，導(dǎo)致光子晶體光纖產(chǎn)生類似于普通階躍光纖的傳導(dǎo)特性，使包層中的空氣孔對包層膜的作用只是傳導(dǎo)功能，對纖芯膜式的傳導(dǎo)起到輔助作用，或者根本不起任何作用。我們使用柚子型光子晶體，在光纖上寫入光柵。利用光纖的傳播模式在帶隙的內(nèi)外模式的損耗、色散等特性的差異，設(shè)計了通過調(diào)節(jié)外界物理量，調(diào)節(jié)包層中填充物質(zhì)，改變光子帶隙和傳導(dǎo)的色散曲線所在的相對位置，從而使傳導(dǎo)模式的損耗、色散等特性發(fā)生改變，最終將得到可調(diào)諧的光導(dǎo)纖維微流體。

應(yīng)用光子晶體光纖。光子晶體光纖具備普通光纖所不具備的物理特點，光子晶體光纖可以通過改變空氣孔的排列、大小或者是填充不同材料的聚合物，來靈活改變PCF的特性。光子晶體光纖光柵的寫制方法可以采用傳統(tǒng)的相位掩膜技術(shù)，可以控制包層膜并具有較高的耦合系數(shù)，對物理參量的敏感度更強，因而靈活性更高。Eggleton等人首次在柚子型光纖中寫入光柵，并且采用了標量光束傳播法來分析光纖的耦合特性。

在光子晶體光纖光柵的特性等方面，起決定性作用的因素光纖本身的結(jié)構(gòu)，不同包層結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖光柵所表現(xiàn)出來的性質(zhì)也是不同的。通過在光子晶體光纖的空氣孔中填充對溫度、電場等物理量敏感的介質(zhì)，可以實現(xiàn)對光纖傳導(dǎo)特性的控制，并得到可調(diào)諧的光纖功能器件，為實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的通信器件和高靈敏度的傳感器提供了可選方案。在寫有光纖光柵的光子晶體光纖包層空氣孔中填充介質(zhì)，利用填充介質(zhì)對包層膜的控制調(diào)整光柵的諧振波長，改變光柵透射譜和反射譜。

模仿微流體的可調(diào)諧光纖的原理圖，圖中的纖維是由6個約圓柱形氣孔組成的柚子型結(jié)構(gòu)。將鍺摻雜在其核心位置，光傳將播不互動的氣孔。在高摻雜纖芯形成的纖芯傳導(dǎo)的模式中，能量主要分布在纖芯中，受到空氣孔的影響較小，我們主要目的就是減小空氣孔對纖芯的影響。氣孔可作為引入，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)的光學(xué)特性，實現(xiàn)材料的可調(diào)性。為了實現(xiàn)纖維之間的氣孔和傳輸光的相互作用，纖維絕熱以降低錐形外徑部分。定時期且使微流體和空氣間隔的注入到氣孔中，我們將觀察到最大觀測頻率。

電機圓周運動時定期向纖維中注入微流體。真空應(yīng)用到光纖的另一端，微流體和空氣交替進入纖維的孔。流體和空氣，可以通過調(diào)整變位器的阻值來控制該纖維在每個循環(huán)中液浸深度。這有利于微結(jié)構(gòu)之間的基本模式和高階模式，進入部分相干耦合。周期性結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)生的共振耦合波長依賴性衰減。波導(dǎo)耦合模式相匹配的光柵，數(shù)學(xué)表達為

βfun-βhigh=2л/Λ （1）

其中βfun和βhigh分別為基本式和高階模的傳播常數(shù)，Λ為光柵的周期.當(dāng)兩種模式相匹配，光功率是它們之間的交換。光量在一定波長下進入高階模式。周期性結(jié)構(gòu)指數(shù)之間的差異和基本模場外部函式和高階模式Ehigh的重疊取決于

K=∫∫ωε0/2（Δn）2Efun×Ehigh dA

由于傳播常數(shù)的波長一定，相位發(fā)生在一個有限的波長范圍。雖然流體和空氣孔之間的空氣指數(shù)不同：Δn=0.405，這比在光敏光纖光柵獲得指數(shù)的變化大，耦合系數(shù)關(guān)系到基本和高階模式的重疊，這些波導(dǎo)結(jié)構(gòu)約為1×10-5/μm，數(shù)量級與傳統(tǒng)的液化石油氣的順序相同。

為獲得從1耦合到高階耦合所需的波長模式。假設(shè)知道有效核心指數(shù)和高階模式。可以使用傳統(tǒng)的計算方法，通過發(fā)射光束傳輸?shù)侥M波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的高斯光束。

我們用毛細現(xiàn)象使液體在管內(nèi)停留一段水柱。通過定期調(diào)節(jié)浸漬頻率，使微流體和空氣周期進入光纖氣孔塞。按下啟動按鈕，電動機開始工作，使銜接桿圓周運動。光纖進行周期性運動，使液體甘油和空氣定期進入光纖。調(diào)節(jié)變位器，改變銜接桿的旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)節(jié)光纖頻率。模擬出可調(diào)諧光纖光柵微流體。

參考文獻

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