1. 研究目的与意义
光交换和光传输是构成现代信息网络基本构架的两大支撑技术。随着光波分复用技术的成熟，光纤中的信道数目越来越多，必须采取新的技术来灵活地实现光信号的路由与交换。波长选择光开关是实现这一目标的一种新型基础器件，而波长调谐是其关键技术。因此，开展波长调谐器件与技术的研究具有很大的现实意义。 M-Z干涉仪能够将纤芯导模某些特定波长的光耦合到同向传输的包层模式中，具有带阻作用，可实现波长选择功能。该谐振波长对环境折射率的变化比较敏感，在外包层包覆折射率可调的光学材料，可以实现调谐功能。液晶是一种折射率可调的光学材料，其折射率会随外界温度和外加电场变化。
目前已有的各种光开关，如微电机系统、半导体光放大器等，在交换速度、交换规模、交换成本等方面不能同时兼顾，因而商用化进展较为缓慢。将波长选择功能与开关功能结合起来的波长选择光开关近年来受到重视，是国际上研究的热点之一。它的波长选择功能可以大大提高交换的灵活性，如果波长选择是数字式的（工作状态只有通、断两个状态），则更具实用性，可以提高交换的可靠性。而波长调谐是实现这一目标的重要基础器件。因此，开展波长调谐器件与技术的研究具有很大的现实意义。 可实现波长调谐的光器件种类有很多。其中， M-Z干涉仪作为一种新型的光无源器件，具有体积小、易于同其他光纤器件互连等优点，在光纤通信和光纤传感等领域内日益受到人们的关注。 M-Z干涉仪的透射谱具有带阻滤波特性，可以用它来制作带波长选择的光开关等器件。关于光纤光栅的波长调谐技术，已有很多的研究。研究如何采用液晶的热光和电光效应实现调谐。 现有比较成熟的调谐技术包括：热调谐法，电磁调谐法，悬臂梁调谐法、梯度曲率梁调谐法，压电陶瓷法等。2003年，韩国的Jun Kye，Bae等人提出了基于分段加热的热调谐法，通过对纤芯掺入B-Ge的长周期光纤光栅进行分段加热处理，可以在80C 的温度变化下，实现30nm的调谐范围。2007年，联合国立大学的Nan-Kuang Chen等提出了另一种热调协法将一种种高热光效应的聚合物涂覆在包层经过激光刻蚀的长周期光纤光栅表面，通过改变外界温度，可以实现105 nm（1545–1650 nm）的调谐范围，相应波长漂移对温度的灵敏度为15.8 nm/ C。 由于热调谐技术的速度受加热快慢的影响，目前人们广泛关注于高速的电光调制方式。宾西法尼亚州立大学的Q Chen等人提出的方案是：将高电光系数的聚合物纳米颗粒涂覆在长周期光纤光栅包层外面，并通过加载电压来改变聚合物的折射率，最终实现了长周期光纤光栅谐振波长偏移范围大于50nm，波长漂移对电场的敏感度为30V/um。 基于悬梁臂的光纤光栅调谐技术，因其结构简单，易于设计和实现而被普遍应用。2006 年，罗映祥等人采用等强度悬臂梁，实现了线性无啁啾的光纤光栅调谐，相应的波长移动范围为4.04nm，带宽变化在0.028nm范围内。啁啾光纤光栅因其体积小、插入损耗低、带宽较宽，已成为目前的研究热点。上海交通大学的郭晓金等人 利用梯度曲率梁结构，提出了一种将光纤光栅调制成啁啾光栅的新方法，实验中获得了5.10 nm的啁啾带宽，中心波长并未改变。 除此之外，还可以利用压强、化学、声波等方法来调谐，但由于存在一定的缺陷，目前尚未得到广泛的实际应用。在未来的研究中，光纤光栅波长调谐方法及相关技术仍将是热门领域，需要寻求调谐范围宽，稳定性高，速度快的调谐方法，并使之实用化。
2. 研究内容与预期目标
利用液晶材料的折射率可调性， 设计、 实现以液晶作为光纤M-Z干涉仪包覆层的调谐结构。基于液晶的光纤M-Z干涉仪的调谐特性取决于可调的液晶折射率。 为了研究液晶折射率随外界温度与外加电场的变化情况， 需要对液晶折射率进行精密测量。
将光纤M-Z干涉仪与液晶结合起来， 通过理论分析、实验验证与仿真计算等研究手段， 研究了基于液晶的光纤M-Z干涉仪的调谐特性。
3. 研究方法与步骤
分析液晶的基本性质及其分类， 并对液晶折射率进行测量。分析光纤M-Z干涉仪的耦合理论及其对环境折射率变化的响应。将液晶与光纤M-Z干涉仪相结合， 通过搭建实验平台， 在不同温度和外加电场的情况下， 研究光纤M-Z干涉仪的调谐特性， 并进行仿真计算。利用光纤端面后向反射法测量液晶的折射率，获得液晶折射率随温度与外加电场变化的详细数据。
1.将M-Z干涉仪的一臂进行一次部分拉锥处理然后在非锥区剥去0.1M长的光纤包覆层，用液晶将其包覆，通过电场和温度控制液晶的折射率，来改变干涉仪出来的图像。
2.将M-Z干涉仪的两臂都进行部分拉锥处理，然后剥去0.1M长的包覆层加上液晶，通过电场和温度控制液晶的折射率，来改变干涉仪出来的图像。
4. 参考文献
刘增基等.光纤通信.西安：西安电子科技大学出版社，2001
光纤通信技术，董天临编著
光纤光学，清华大学出版社，廖延彪著
5. 工作计划
1、第一周至第三周：查阅相关资料，写出开题报告
2、第四周至第六周从事英文翻译同时深入理解参考文献内容
3、第五周至第七周设计光纤M-Z干涉仪实验、 研究液晶折射率与调谐特性之间关系
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