納米磁流體的光學(xué)性質(zhì)及其在光子器件上的應(yīng)用研究.pdf

1、磁流體是一種具有磁性的納米材料，它具有液體的流動(dòng)性和光學(xué)性質(zhì)可調(diào)諧的特點(diǎn)，是一種新型的光學(xué)功能材料。本論文主要研究納米磁流體的相關(guān)光學(xué)性質(zhì)，并探討其在光子器件上的應(yīng)用。 了解磁流體的折射率是將其應(yīng)用在光學(xué)領(lǐng)域的重要前提，我們發(fā)展了一種“光纖端面后向反射法”來測(cè)量磁流體的折射率，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)便、快速、可有較好的精確度和靈敏度(取決于有關(guān)參數(shù))、沒有磁流體折射率極大值的限制要求，等等。實(shí)驗(yàn)研究了磁流體的折射率與濃度和溫度的關(guān)

2、系，發(fā)現(xiàn)它們之間都是呈線性關(guān)系，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出磁流體的熱光系數(shù)約為-2.4×10<’-4>℃<’-1>，這些結(jié)論對(duì)磁流體的光學(xué)應(yīng)用具有較大的參考價(jià)值。 由于磁流體的吸收系數(shù)相對(duì)較大，當(dāng)激光束照射到磁流體上時(shí)，它會(huì)吸收一部分激光能量，這對(duì)其本身的光學(xué)性質(zhì)會(huì)有影響。我們研究了磁流體的激光自誘導(dǎo)熱光效應(yīng)。當(dāng)一個(gè)功率適當(dāng)?shù)募す馐ㄟ^磁流體時(shí)，磁流體的折射率呈現(xiàn)空間非均勻分布，它具有光學(xué)透鏡的效應(yīng)，會(huì)使激光束發(fā)散，并且在遠(yuǎn)場(chǎng)形成球差干涉環(huán)

3、，稱為熱透鏡效應(yīng)。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)入射光功率不太大時(shí)，激光束的發(fā)散角與入射光功率呈線性關(guān)系，而當(dāng)入射光功率較大時(shí)，對(duì)流的產(chǎn)生會(huì)破壞這種線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，外加平行磁場(chǎng)會(huì)抑制這種透鏡效應(yīng)，我們通過分析認(rèn)為，主要有兩個(gè)物理過程在起作用：磁場(chǎng)誘導(dǎo)質(zhì)量輸運(yùn)和相分離。另外，我們還初步研究了磁流體熱透鏡效應(yīng)在光學(xué)限幅上的應(yīng)用，結(jié)果表明，利用磁流體的熱透鏡效應(yīng)有可能制出閾值可調(diào)的光學(xué)限幅器。 磁流體可調(diào)諧光學(xué)性質(zhì)非常有利于可調(diào)諧光

4、子器件的制作，我們研究了三類可調(diào)諧磁流體光子器件：可調(diào)諧光柵，可調(diào)諧光纖調(diào)制器和濾波器。可調(diào)諧磁流體光柵是利用外磁場(chǎng)來改變光柵的折射率調(diào)制和吸收系數(shù)調(diào)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)衍射效率的調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)觀察到零階衍射光和一階衍射的衍射效率比值由10.46變化到0.27?？烧{(diào)諧磁流體光纖調(diào)制器是指其調(diào)制深度可由外磁場(chǎng)調(diào)節(jié)。這個(gè)調(diào)制器是利用磁流體對(duì)光纖倏逝場(chǎng)的衰減與外磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)的原理工作的，我們所制出的調(diào)制器的最大調(diào)制深度和最快響應(yīng)時(shí)間分別為18％和0.4秒