光子晶体光纤双芯耦合及温度传感特性的研究

论文摘要

双芯光子晶体光纤由于模式耦合,光波在传输的时候,两纤芯会发生功率交换。本文对光子晶体光纤双芯耦合特性、温度传感特性以及基于新型光子晶体光纤的耦合器、分光器、波长选择器、传感器等应用进行了研究。设计一种同时基于全内反射和光子带隙效应两种导光机制的椭圆形双芯光子晶体光纤,分析了双芯光子晶体光纤的带隙范围、模场分布及其有效折射率。应用耦合模式理论,对混合导光型双芯光子晶体光纤的耦合特性进行理论分析和数值模拟。计算了耦合长度,分析了大空气孔直径、高折射率柱的有效折射率、高折射率柱及空气孔直径、孔间距等结构参数对耦合长度的影响;优化结构参数,提出了一种耦合长度最小的双芯光子晶体光纤,进一步分析了该种光纤的双折射、色散等特性,并讨论了基于该种光纤的定向耦合器、分光器和波长选择器。设计一种基于填充液体的光子带隙型全固双芯光子晶体光纤,并对其耦合特性和温度传感特性进行了数值模拟和理论分析,发现了超模和高折射率柱中的谐振模对耦合特性的变化起着重要作用,它的耦合长度随温度升高出现单极值点或多极值点,且奇模式的有效折射率随着温度的变化或波长的变化会出现跳变情况。由此我们发现固定温度,改变波长可以制作光开关;固定波长,改变温度可以制作出温度传感器。本文的研究成果对双芯光子晶体光纤的耦合特性、传感特性的理论研究及其相关器件的实际应用有重要的参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 光子晶体
• 1.2 光子晶体光纤
• 1.2.1 折射率引导型光子晶体光纤
• 1.2.2 光子带隙型光子晶体光纤
• 1.2.3 混合导光型光子晶体光纤
• 1.3 双芯光子晶体光纤及其国内外研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容及意义
• 2 理论分析基础
• 2.1 光子晶体光纤的理论研究方法概述
• 2.2 有限元分析方法
• 2.3 平面波展开法
• 2.4 有限元方法分析验证
• 2.4.1 光子晶体光纤基模有效折射率的计算
• 2.4.2 光子晶体光纤包层有效折射率的计算
• 2.5 本章小结
• 3 混合导光型光子晶体光纤双芯耦合特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 耦合模式理论
• 3.3 混合导光机制光子晶体光纤双芯耦合分析
• 3.3.1 双芯光子晶体光纤的结构
• 3.3.2 双芯光子晶体光纤的有效折射率
• 3.3.3 双芯光子晶体光纤的耦合特性
• 3.3.4 结构参数对耦合特性的影响
• 3.3.5 最小耦合长度优化结构的特性分析
• 3.4 混合导光机制双芯光子晶体光纤应用研究
• 3.4.1 定向耦合器
• 3.4.2 偏振分束器
• 3.4.3 波长选择器
• 3.5 本章小结
• 4 全固双芯光子晶体光纤温度传感特性的研究
• 4.1 引言
• 4.2 全固双芯光子晶体光纤结构
• 4.2.1 带隙结构图
• 4.2.2 有效折射率
• 4.3 全固双芯光子晶体光纤温度传感特性分析
• 4.3.1 耦合长度
• 4.3.2 温度传感特性
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 申请专利