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光子晶体光纤及其长周期光栅的研究

作　者: 王林新
导　师: 钱祥忠
学　校: 温州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 光子晶体光纤 有限元法 有效折射率法 液晶 长周期光栅
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


光子晶体光纤（PCF）是近几年出现的一种新型光纤,其应用范围已经覆盖了电信、传感技术、光谱学以及药学等诸多领域。光子晶体光纤之所以发展如此迅速,是由于其具有一些有别于传统光纤的奇异特性,包括可调的色散特性,无截止单模特性以及可调的有效模场面积等。在PCF中写制长周期光栅,在温度、压力、折射率测量方面有较高的灵敏度,而将对温度和电场都很敏感的液晶和PCF结合制作液晶光子晶体光纤,可以将PCF的设计灵活性和液晶可调性有机结合,扩展了PCF的适用范围。本文首先利用基于有限元的COMSOL软件模拟计算了三种不同结构排列的PCF,详细对比分析了它们之间的异同点,得出了各种结构光纤的适用情况,为设计不同功能的PCF提供了一定的理论指导。接着详细介绍一种向列相液晶E7,分析其对温度和电压的可调谐性,将此液晶注入到六角晶格空芯PCF的纤芯内,利用全矢量有效折射率方法模拟分析了其随温度和电压的可调性,模拟发现,由于液晶的存在,PCF的色散特性减小,并且色散值可以实现温度可调。利用液晶的双折射特性,通过电压调节得到了具有高双折射特性的PCF。最后利用改进的全矢量有效折射率方法计算了PCF长周期光栅,分析不同PCF结构下的设计谐振波长和光栅周期的关系。提出在未掺杂光敏材料的六角晶格光纤和大空气孔光纤中用CO2激光照射逐点写入的方法写制长周期光栅,并模拟分析在这两种结构PCF长周期光栅空气孔中注入E7液晶时的温度传感特性。结果发现,大空气孔PCF长周期光栅传感器具有较高的灵敏度。在纤芯填充液晶的PCF外部加上梳状电场,利用液晶的电场特性,在纤芯形成长周期光栅,模拟发现,这种光栅的温度灵敏度较高,而且还可通过调整电极的距离和电压灵活设计长周期光栅。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 几种常见的光子晶体光纤  10-12
    1.2.1 折射率引导型光子晶体光纤  11
    1.2.2 光子带隙型光子晶体光纤  11
    1.2.3 全固光子带隙光纤(PBGF)  11-12
    1.2.4 混合型光子晶体光纤  12
    1.2.5 液晶光子晶体光纤  12
  1.3 光子晶体光纤的特性  12-15
    1.3.1 无截止单模传输特性  13
    1.3.2 可调的色散特性  13-14
    1.3.3 有效模场面积  14
    1.3.4 高非线性效应  14-15
    1.3.5 高双折射特性  15
  1.4 新型光子晶体光纤的应用前景  15-16
    1.4.1 基于PCF 的传感器  15-16
    1.4.2 光子晶体光纤的中远红外制导  16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 研究光子晶体光纤的基本理论方法  17-26
  2.1 等效折射率法  17-21
    2.1.1 标量有效折射率法  17-19
    2.1.2 全矢量有效折射率法  19-20
    2.1.3 改进的全矢量有效折射率法  20-21
  2.2 有限元法  21-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章 光子晶体光纤模式特性和传输特性的数值分析  26-36
  3.1 引言  26-27
  3.2 六角晶格和八角晶格光子晶体光纤特性的对比研究  27-32
    3.2.1 基模有效折射率  29-30
    3.2.2 色散特性曲线  30-31
    3.2.3 有效模场面积  31-32
  3.3 同一空气填充率下，三不同结构光纤特性对比分析  32-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 液晶填充光子晶体光纤的传输特性  36-44
  4.1 液晶简介  36-39
    4.1.1 电场对向列相液晶的影响  36-38
    4.1.2 温度对向列相液晶的影响  38-39
  4.2 液晶填充光子晶体光纤的色散特性  39-42
  4.3 液晶填充光子晶体光纤的有效模场面积  42
  4.4 液晶填充光子晶体光纤的双折射特性  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章 光子晶体光纤长周期光栅  44-55
  5.1 引言  44-45
  5.2 长周期光子晶体光纤光栅理论  45-47
  5.3 光栅周期和设计波长的关系  47-49
  5.4 长周期光栅的折射率测量  49-50
  5.5 长周期光栅温度传感器  50-52
  5.6 电压诱导长周期光栅的温度传感特性  52-53
  5.7 本章小结  53-55
第六章 总结与展望  55-56
参考文献  56-60
致谢  60-61
攻读硕士学位期间的工作  61

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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