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动态可调谐的光纤器件是光纤通信网络动态化和智能化的基础。石英光纤作为优秀的光通信传输媒介,其可调谐性能受限于材料本身,例如石英材料对温度和电磁作用不敏感,这些特点在光纤器件的调谐中成为其限制因素。借助于其他材料构建的混合材料光纤,譬如在现有微结构光纤中注入液体、聚合物、液晶等材料的研究在近些年得到重视和发展。通过附加材料对温度、电场、磁场等可控物理量的高敏感性,可以增强光纤器件的调谐性能或者实现该类物理量的光纤传感。而温度调谐作为一种光学器件重要的调谐方式,在研究中常用于器件整体温度的调谐。这种整体温度调谐方式缺乏灵活性,例如仅对某些滤波器件的谐振波长做整体调谐,而非对器件的功能做根本改变。能否通过动态、局部地对具备高热光系数的混合材料光纤进行温度控制,实现更为复杂的温度调谐甚至可数字控制光学器件?基于该研究思路本文提出并在液芯光纤（Liquid core optical fiber,LCOF）上通过精密可调的温度梯度控制,动态地生成了一种可编程热致长周期光纤光栅（Thermo-induced long period fiber grating,TI-LPFG）,该TI-LPFG的重要参数如周期、调制深度、长度、占空比、内部相移均可数字编程,其系列优异特性在光通信、光信号处理等领域有诸多潜在应用。本论文主要完成了以下几方面工作。1.可实现编程的液芯光纤制备方法研究LCOF的制备方式创新。LCOF是一种纤芯为液体,包层为石英的混合材料光纤。为了达到良好的光纤稳定性和低损耗传输,LCOF需要实现良好的密封性以及输入输出的低损耗耦合,其制备是目前LCOF应用中的一大难点。本文在总结当前LCOF制备工艺的基础上,提出了一种创新性的制备方式,该方式极大地降低了LCOF的制备难度、易于在实验室环境完成、具备大批量生产的潜力。利用该制备方法可以制备出性能稳定、传输损耗低的LCOF,该光纤为可编程TI-LPFG及其他应用的实现打下基础。2.在液芯光纤上实现可编程的热致长周期光纤光栅实现了一种实时可编程的TI-LPFG。受益于其较长的周期,当前LPFG有诸多实现方式,如紫外光掩模板曝光法,以及CO2激光器写入法等。虽然制备方式多样化,但基于这些传统方式所制备的LPFG大部分均为永久写入,必须依靠温度或者应变对谐振波长进行调谐,且调谐范围有限;而部分动态LPFG如机械压印法和机械行波法虽然并非永久写入,但其可调谐的参数有限,且集成较为困难。目前尚无能够对LPFG关键参数均能进行调谐的集成式解决方案,针对该现状本文提出了一种基于LCOF的可编程TI-LPFG:通过一个加热阵列,可以精确地控制沿着光纤轴向的温度分布以形成TI-LPFG;而通过对该加热阵列进行高精度的数字控制,可以实现对该TI-LPFG周期、调制深度、长度,以及占空比等重要参数的实时数字编程。通过对该可编程TI-LPFG进行合适的控制参数选择,本文实现了大于30 d B的耦合效率。在谐振波长外,该光栅引起的插入损耗小于0.5 d B。因此该可编程TI-LPFG具备可数字控制、高耦合效率以及低插入损耗的等优点,极大地提升了LPFG在光信号处理各个领域（如光频域滤波、光时域脉冲处理、光波导模式转换）应用中的灵活性。本文提出的可编程TI-LPFG温度灵敏度（温度调谐能力）是目前作者所了解的最高值:132.9 nm/?C,比传统基于石英材料的LPFG高出两到三个数量级,且其可调谐范围超过200 nm。这使得该可编程TI-LPFG可以在非常小的温度变化范围内（<2?C）实现谐振波长的大范围调谐,从而极大地拓展了该器件在多个波段的适用性。相对于传统LPFG调谐过程可能需要上百摄氏度的温度变化,该TI-LPFG极小范围的调谐温度需求降低了器件调谐所需功率消耗。另外,其成栅所需要的纤芯温度变化仅为2.75?C左右,与此对应的功率消耗仅为55 m W左右。结合上述极低的调谐温度需求,进一步保证了该器件的运行稳定性。理论仿真与实验结果吻合度良好。对于上述实验,本文对所制备的LCOF传输模式进行了理论分析,并对可编程TI-LPFG进行了建模,数值分析结果与实验数据具备良好的吻合度。LCOF的材料色散特性使得该可编程TI-LPFG具备独特的性质,如低阶包层模式中阶数越高所对应的谐振波长更短。通过对材料的热学性质进行分析,本文深入研究了TI-LPFG高温度灵敏度的成因,理论计算与实验结果高度吻合。3.基于可编程热致长周期光纤光栅的拓展与应用实现了相移可编程TI-LPFG以及可编程光纤干涉仪。利用已制备可编程TI-LPFG的数字控制特性,在光栅内部插入可数字控制的相移,实现了可编程的相移LPFG（phase shift LPFG,PS-LPFG）,解决了长久以来对于PS-LPFG内部相移量以及位置的精确控制问题。更进一步,该相移可编程TI-LPFG的相移值以及相移位置均可通过数字化的方式实时控制,而通过在该TI-LPFG内部插入多个相移,可以生成更为复杂的波长滤波特征如平顶滤波器;通过在TI-LPFG内部置入一个长度可控的间隔,实现了可编程的光纤干涉仪,其干涉长度可进行编程控制。针对以上可编程光栅器件,进行了理论仿真并得到了与实验数据良好的吻合度。该研究成果为后续高级频谱整形技术提供了理论和实验基础。以上述功能为基本模块,该可编程器件有望实现更为复杂的滤波特性以及更高级的光信号处理功能。