【摘 要】
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全光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)是一种全光纤干涉结构,因其结构简单、器件集成性好、感灵敏度高和成本低等优点,而受到光纤通信及光纤传感领域研究者的广泛关注。石墨烯作为一种新兴的二维纳米碳材料,由于其独特的零带隙结构,决定了其具有独特的光学、热学和电学特性等。将石墨烯与光纤结合构成石墨烯膜光纤器件,并探索该类器件的新颖特性,为新型光纤器件的提出
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全光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)是一种全光纤干涉结构,因其结构简单、器件集成性好、感灵敏度高和成本低等优点,而受到光纤通信及光纤传感领域研究者的广泛关注。石墨烯作为一种新兴的二维纳米碳材料,由于其独特的零带隙结构,决定了其具有独特的光学、热学和电学特性等。将石墨烯与光纤结合构成石墨烯膜光纤器件,并探索该类器件的新颖特性,为新型光纤器件的提出提供可能。本论文以单模(Single-mode fiber,SMF)-小芯径光纤(Thin-core fiber,TCF)-单模(STS)光纤结构的MZI为基本结构,通过将石墨烯涂覆于TCF上的方法,利用全光纤MZI的干涉原理,将包层模光场耦合入石墨烯层,并与石墨烯相互作用,通过MZI干涉谱来获得石墨烯膜相关光学信息的过程,采用理论研究及实验研究相结合的方法,对石墨烯膜的MZI进行了研究。论文主要工作如下:1、综述了全光纤MZI折射率传感器国内外发展现状,对M-Z全光纤干涉仪传感结构进行了分类介绍。综述了石墨烯光吸收和偏振特性的研究发展现状,并分析了石墨烯膜光纤结构发展现状。2、全光纤MZI折射率传感原理及去部分包层增敏方法分析。对基于STS结构的M-Z传感器进行理论分析探索,并对其进行去部分包层处理的增敏方式进行理论论证研究。3、石墨烯膜去部分包层MZI光功率控制特性实验研究。详细介绍了传感器的结构及制备方法,并对传感器进行光功率实验以确定不同厚度包层下传感器的灵敏度。实验结果表明:当光纤内功率从2mw调控到16mw时,分别将腐蚀5分钟,10分钟,20分钟的STS结构进行实验,传感器灵敏度分别为14.5pm/mw、18.7pm/mw、13.9pm/mw,因此得出结论,传感器在腐蚀10分钟时灵敏度最高。4、石墨烯膜的MZI不同偏振方向光控实验研究。对偏振方向分别为0°、45°、90°角度线偏振光的光功率控制特性的实验分析,实验结果表明:当光纤内功率从2.2mw调控到22.7mw时,随着不同偏振态输入光功率增加,干涉波长呈现出偏振无关的线性蓝移和非线性下降,且传感器灵敏度均为12.2pm/mw。5、石墨烯膜MZI偏振特性研究。在0度到180度的范围内调整输入光的偏振方向并观察对MZI干涉光谱的影响,实验结果表明:随着入射光偏振方向的改变,MZI的干涉波长呈现出周期性变化。同时,不同干涉波长对应的漂移周期略有不同,这种现象主要与不同包层模态的偏振依赖叠加有关。
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