加减滤波器干涉仪的Fano谐振特性研究

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环形谐振腔在传感器、调制器、滤波器、激光系统、光缓存器以及干涉仪等中有着广泛的应用前景。传统的单环谐振腔输出的谱线在谐振点附近成对称的Lorentz线形。近年来,源于一束谐振光与另一束相干背景光干涉的Fano谐振在谐振点附近具有反对称的线形,由于其在高灵敏度传感和低功率光开关中的潜在应用受到了广泛关注。本文提出了一种基于单环加减滤波器的产生Fano谐振线形的结构,并对Fano线形的可调谐进行了研究。单环加减滤波器作为最基本的谐振结构之一,常用来构建更复杂的谐振结构来实现不同的功能。本文首先对单环加减滤波器的传输特性进行了理论和实验研究,通过对其透射特性和色散特性的分析,提出了一种在加减滤波器的“add”端口输入一束与“input”端口相干的光束,利用两束光的干涉产生Fano谐振的结构——加减滤波器干涉仪,基于传输矩阵理论,推导出了该结构的透射系数表达式。利用推导出的透射系数表达式,对加减滤波器干涉仪的透射曲线进行了仿真,在两个输出端口得到了水平对称的Fano谐振线形。通过调节干涉仪的输入耦合器的耦合系数,谐振腔的两输入光之间的相位差和谐振腔的两个耦合器的耦合系数,实现了可调谐的Fano谐振线形。当谐振腔的两输入光之间的相位差为π/2的奇数倍时,干涉仪输出Fano谐振线形的斜率最大;当相位差为π的整数倍时,输出Lorentz线形,且自由光谱范围为传统的单环谐振腔的2倍。利用光纤系统搭建了加减滤波器干涉仪,对其透射谱进行了实验验证,实验结果与理论仿真符合得较好。将加减滤波器干涉仪应用到温度传感,推导了采用谐振波长移动和固定波长处光强变化传感方法的灵敏度表达式,比较了基于二氧化硅和聚二甲基硅氧烷波导材料的微观和宏观干涉仪结构的传感性能。发现温度特性更敏感的聚二甲基硅氧烷材料传感灵敏度更高,探测极限更小,但探测范围相对较小;通过理论分析,发现宏观谐振腔不适合做温度传感。
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