基于二硒化锡的微光纤的宽带全光调制特性研究

摘要

随着光纤通信及其他以光纤为基础的应用领域的高速发展，高性能光调制解决方案正变得不可或缺。在众多光纤器件中，微光纤器件因其在光纤传感和光纤调制等领域的大量应用，日益受到广泛关注。　　微光纤(MF)是由标准光纤通过加热拉伸等工艺制备而成的具有微米直径级别的光纤。微光纤具用的强倏逝场可大大增强光与外界物质之间的相互作用，因此微光纤是制备高性能全光调制器件的理想材料。二硒化锡(SnSe2)是一种类石墨烯二维材料，为具有层状结构的过渡金属硫族化物(TMDs)。由于二硒化锡具有独特的光电特性,使其广泛应用于薄膜晶体管、层状范德华异质结器件、激光器件和光电探测器等领域。因此，二硒化锡在高性能光调制器件的制备方面具有很大的应用潜力。基于微光纤的强倏逝场和二硒化锡的宽带光吸收特性，本论文将二硒化锡与微光纤进行结合以制备宽带光纤全光调制器，并研究了其宽带全光调制特性和测量了其对外界泵浦光调制的响应时间。　　通过使用405/532/660nm外泵浦光源，本论文研究了基于二硒化锡的微光纤器件在1520-1620nm宽带范围内的全光调制特性：在405nm、532nm和660nm泵浦光作用下，基于二硒化锡的微光纤的光传输功率最大相对变化值分别约为4.2dB、4.12dB和3.15dB。器件获得的最大调制效率分别约为0.30735dB/mW、0.20226dB/mW和0.11509dB/mW。本论文同时测量了基于二硒化锡的微光纤的响应时间：在405nm、532nm和660nm泵浦光作用下，基于二硒化锡的微光纤的响应时间分别为4.2ms/4.1ms、4.9ms/4.7ms和3.7ms/3.9ms。实验结果表明通过结合微光纤与二硒化锡,可实现良好的宽带全光调制。　　通过使用COMSOL仿真软件中的有限元方法，本论文研究了在外界光场作用下基于二硒化锡的微光纤器件的光传输特性。在外界泵浦光的作用下二硒化锡材料的折射率将发生变化，进而影响二硒化锡-微光纤复合光波导结构的模场强度分布，改变其光传输特性。仿真结果表明基于二硒化锡的微光纤器件的光传输特性随着泵浦光功率上升而得到增强，这与实际实验结果相吻合。另外，本论文研究了基于二硒化锡的微光纤器件在不同光传输波长下的全光调制特性差异。　　本论文的创新点主要包括：　　1.提出结合二维材料二硒化锡与微光纤的光纤器件以实现宽带全光调制，且器件可在低至mW量级的泵浦光功率范围内实现良好的全光调制和响应。　　2.从理论和实验上验证了在405/532/660nm泵浦光下基于二硒化锡的微光纤器件在1520-1620nm宽带范围内的全光调制特性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于微光纤的全光调制器件

1.2.2 基于二硒化锡的光电子器件

1.3 论文主要内容

第二章 基于二硒化锡的微光纤器件的制备与分析

2.1 二硒化锡的表征

2.1.1 X射线衍射图谱分析

2.1.2 拉曼光谱分析

2.1.3 吸收光谱分析

2.2 微光纤的制备、表征与封装

2.2.1 微光纤的制备

2.2.2 微光纤的表征

2.2.3 微光纤的封装

2.3 基于二硒化锡的微光纤器件的制备与测试

2.3.1 基于二硒化锡的微光纤器件的制备

2.3.2 基于二硒化锡的微光纤器件的测试

2.4 基于二硒化锡的微光纤器件的光传输特性研究

2.4.1 理论模型

2.4.2 不同二硒化锡覆盖厚度下二硒化锡-微光纤复合光波导的模场分布

2.5 本章小结

第三章 基于二硒化锡的微光纤器件的全光调制特性研究

3.1 基于外泵浦光源的器件全光调制特性研究

3.1.1 实验装置

3.1.2 基于405 nm外泵浦源的宽带全光调制特性研究

3.1.3 基于532 nm外泵浦源的宽带全光调制特性研究

3.1.4 基于660 nm外泵浦源的宽带全光调制特性研究

3.1.5 器件宽带全光调制实验中影响因素的分析

3.1.6 实验小结

3.2 基于二硒化锡的微光纤器件的调制响应时间测量

3.2.1 实验装置

3.2.2 基于405/532/660 nm外泵浦光源的器件调制响应时间测量

3.3 本章小结

第四章 基于二硒化锡的微光纤器件全光调制特性的分析

4.1 外界光场作用下基于二硒化锡的微光纤器件的模场分布

4.2 基于二硒化锡的微光纤器件全光调制特性的原理

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

在校期间发表或投稿学术论文

项目资助

致谢