《基于光子晶体光纤的新型光子器件的基础理论与实验研究》

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项目“基于光子晶体光纤的新型光子器件的基础理论与实验研究”属于光电子学与激光技术领域,基于光子晶体光纤(Photonic Crystal fiber, PCF)的传感器、偏振滤波器、分束器、非线性光学频率变换器、高效率色散补偿器件在光通信光电子器件领域具有潜在的应用。该项目的主要研究内容及科学发现点如下:1.光子晶体光纤在气体传感方面的优势及其机理研究。李曙光课题组从2007年开始利用PCF进行传感研究,在国际上首次利用自制的石英PCF对甲烷气体的吸收谱进行检测,这种方法对气体浓度测量的灵敏度可提高1个数量级,为利用微结构光纤对弱吸收气体进行高灵敏度探测奠定了基础。理论与实验研究揭示了光纤微结构中倏逝场与被测气体作用产生高灵敏度吸收峰的机理,给出了PCF作为气体敏感元件的新思路,发展了光纤传感的新方法和新技术。2.基于材料填充型光子晶体光纤的偏振滤波器和偏振分束器研究。通过在PCF包层气孔中选择性填充金属、水或液晶等材料有效地改变了光纤的偏振和损耗特性,设计了光通信波段具有良好偏振滤波特性或偏振分束特性的光子器件。由于金属填充PCF中包含微米或纳米量级的沿光纤轴向均匀分布的金属丝或金属膜,光载信号可以直接传递给具有良好导电性能的金属,这种特殊结构的光纤有望解决亚波长量级的光电子互联问题。3.飞秒激光在光子晶体光纤中传输高效率频率转换机理及其器件研究。提出了一种能够充分考虑PCF参数随脉冲频率变化的自适应分步傅里叶方法求解随机广义非线性薛定谔方程,极大地提高了脉冲在PCF中传输的模拟精度,揭示了脉冲压缩、光谱展宽和噪声形成的机理;制备了多种类型的PCF并利用其进行飞秒脉冲传输实验,获得了从可见、近红外到中红外波段的超连续谱,揭示了超短脉冲在PCF中传输出现色散波、可调切伦科夫辐射、高效率反斯托克斯信号转换的机理。为研制基于PCF的新型高稳定低噪声频率转换器件和连续可调宽带激光源奠定了基础。4.基于光子晶体光纤的高效率色散补偿器件研究。提出了一种石英基双层芯PCF结构,在1.55μm波长附近获得了-23000ps/km/nm的色散值,可对其长度100倍以上、用于宽带传输的标准单模光纤进行色散和色散斜率同时补偿。该项目在基于PCF的新型光子器件方面取得了系统性的研究成果,获得了国内外同行的高度重视和评价,具体如下:共发表SCI收录论文118篇,论文SCI他引382次,Google学术引用890次。其中该项目20篇主要论文SCI他引100次,其中前8篇代表性论文SCI他引52次。培养博士生2人、硕士生27人,其中14人获得校级优秀硕士论文、6人获得省级优秀硕士论文;授权发明专利3项,计算机软件著作权10项;完成国家自然科学基金2项、教育部博士点基金1项、中国博士后科学基金3项以及河北自然科学基金2项。

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