基于硒化锡的光纤微环谐振腔的宽带全光调制特性研究

摘要

伴随着光通信时代的到来，光纤传感与探测器件也成为重要的集成光学器件之一，而基于微纳光纤的小型光纤环形器件受到了广泛关注。由于光纤微环(MKR)具有结构紧凑、谐振效果好和强倏逝场等优点，广泛应用于光纤激光器、滤波器以及光纤传感器等领域。硒化锡(SnSe)作为一种有着类石墨烯层状结构的过渡金属硫族化合物(TMDs)二维材料，其本身拥有优异的光学和热电学性能，使得其在各种光电器件中都有运用。本文结合光纤微环谐振腔和硒化锡的优点，实现了在MKR强倏逝场和SnSe光吸收的相互作用下的全光调制器件。对该器件的光可控特性和调制响应时间进行了研究。　　实验通过物理沉积的方式将SnSe材料附着于光纤微环上，研究了基于硒化锡微环器件在四种波长外泵浦光作用下的光可控特性：在405nm紫光、532nm绿光、660nm红光和808nm近红外光照射下，该器件的传输光功率最大相对变化值分别为11.8dB、13.5dB、12.9dB和6.7dB，所能获得的最大调制灵敏度约为0.594dB/mW、0.352dB/mW、0.356dB/mW和0.158dB/mW。并在此基础上测量了该器件的调制响应时间：在405nm紫光、532nm绿光、660nm红光和808nm近红外光下，其上升/下降响应时间分别为1.9ms/1.9ms、2.0ms/1.6ms、1.9ms/1.8ms和1.9ms/1.6ms。进一步分析可知，透射光谱中消光比ER越大的谐振波长处，Q值越大，传输光功率相对变化值也越大，由此就使得调制灵敏度越高。将实验结果与相关光调制器的性能参数进行对比分析，证明了该器件的性能优异性。　　根据耦合模理论，使用MATLAB软件实现了对沉积硒化锡前后光纤微环透射光谱的拟合，得到的拟合结果与实验数据具有较好的匹配程度，验证了实验结果的准确性。并使用COMSOL仿真软件建立的物理模型研究了在外界光场作用下硒化锡-光纤微环光波导复合结构的模场分布，证明了硒化锡材料的光吸收特性。另外，对其光可控原理和调制响应特性做出了较详细的解释分析。　　本论文创新点有：　　1、实现了基于硒化锡与光纤微环的光调制器件在405nm/532nm/660nm/808nm宽带外泵浦光作用下对100nm(1520~1620nm)宽谱信号的调制。　　2、运用耦合模理论、光吸收理论从理论上分析解释了器件的调制特性及原理，并研究调制性能与Q值和消光比之间的关系。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于微米光纤环的光电器件

1.2.2 基于光纤的光调制器

1.2.3 硒化锡

1.3 论文主要内容

第二章 微光纤环谐振腔与硒化锡概述

2.1 微光纤环谐振腔的制备、封装与表征

2.1.1 微环谐振腔的制备

2.1.2 微环谐振腔的封装

2.1.3 微环谐振腔的表征

2.2 微光纤环谐振腔的传输特性及性能参数

2.2.1 传输特性

2.2.2 性能参数

2.3 硒化锡的简介和表征

2.3.1 硒化锡简介

2.3.2 表征

2.4 本章小结

第三章 基于硒化锡微光纤环谐振腔的全光调制特性研究

3.1 基于硒化锡微光纤环谐振腔的光控特性研究

3.1.1 实验装置

3.1.2 裸环稳定性测试及光控特性实验

3.1.3 沉积SnSe微环谐振腔光控特性实验

3.1.4 数据处理与结果分析

3.2 基于硒化锡微光纤环谐振腔的光调制特性与时间响应测试

3.2.1 实验装置

3.2.2 调制响应测试与结果分析对比

3.3 本章小结

第四章 基于硒化锡微光纤环谐振腔的调制特性分析

4.1 基于硒化锡微光纤环谐振腔的理论分析和仿真计算

4.2 基于硒化锡微光纤环谐振腔的光控原理解析

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

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项目资助

致谢