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单芯光子晶体光纤的应用研究

发布时间:2018-01-23 07:43

  本文关键词: 光子晶体光纤 全矢量有限元法 波长分离 串扰 液体填充 传感特性 出处:《天津理工大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:光子晶体光纤(PCF)具有许多普通光纤不具有的特性,随着光子晶体光纤基础研究的不断深入,制作工艺日趋成熟,越来越多的不同种类的光子晶体光纤不断涌现。在光纤传输系统中,为了增加系统的集成化和全光化,光子晶体光纤的使用愈加频繁,其对现代集成光学的意义也愈加凸显。本文设计了一种新型的基于碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤,可以实现不同波长的光的分离,利用全矢量有限元法对其特性进行了理论分析;制作了一种M-Z光纤传感器,使用单芯光子晶体光纤与单模光纤错芯熔接,将其对温度较不敏感的特性进行了改进,对光子晶体光纤进行了温敏液体的填充,使得其对温度灵敏度提高,完成对温度和折射率变量的传感。主要内容包括:1.概述了光子晶体光纤的基本原理和特性,介绍了光子晶体光纤的制作和主要应用及研究现状。2.给出了常用的对光子晶体光纤进行研究的方法,重点介绍了全矢量有限元法和用该方法进行仿真计算的软件COMSOL Multiphysics,并且集中阐述了光子晶体光纤对于传感领域的应用。3.设计了一种基于碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤,采用全矢量有限元法对其特性进行了研究。结果表明,此种分束器可以实现1.3μm和1.55μm波长的光的分离,使其分别在x和y偏振方向上传播。当光纤长度为15mm时,1.3μm和1.55μm处的串扰值分别低至-45.1d B和-40.2d B,小于-20d B的带宽分别为44.2nm和67.1nm。4.制作了一种新型的错芯结构的M-Z型传感器,通过将光子晶体光纤与单模光纤错芯熔接,来制作传感单元,对温度和折射率变量进行传感。当折射率的改变量为0.05时,波谷由1578.1nm向右漂移至1583.2nm,对折射率的灵敏度为102nm/RIU;由于光子晶体光纤对温度具有相当大的稳定性,当温度从75℃变为25℃时,波长从1578nm向右漂移至1578.4nm,灵敏度为-3-8′10 nm/℃。5.针对第四章所制作的温度和折射率传感器,为了改进其对温度的相对不敏感性,对光子晶体光纤进行了填充,在其中填充了有较高的热光系数的物质—乙醇,可以很大的提升对温度的敏感度,当温度由75℃下降到25℃时,波谷由1525.7nm右移到1576.1nm,灵敏度大约为-1.008nm/℃。当折射率的改变量为0.05时,波谷由1551.3nm向右漂移至1555.4nm,折射率灵敏度大约为80.3nm/RIU。
[Abstract]:Photonic crystal fiber (PCF) has the characteristics of many ordinary optical fiber with photonic crystal fiber, with basic research deepening, production technology matures, more and more kinds of photonic crystal fibers emerge. In optical fiber transmission system, in order to increase the system integration and development, the use of more photonic crystal fiber frequently, the significance of modern integrated optics has become even more prominent. This paper describes the design of a single core photonic crystal fiber based on tellurite glass model, can separate the different wavelengths of light, its characteristics are studied by using the full vector finite element method; making a M-Z optical fiber sensor, single core photonic crystal fiber and single-mode fiber core welding will be wrong, it is not sensitive to the temperature characteristic is improved, the photonic crystal fiber were filled with temperature sensitive liquid, which make it to The temperature sensitivity, sensing of variable temperature and refractive index. The main contents include: 1. summarized the basic principle and characteristics of photonic crystal fiber, introduces the fabrication of photonic crystal fiber and the main application and research status of.2. gives the commonly used method of photonic crystal fiber were studied, mainly introduced the full vector finite element method and simulation software COMSOL Multiphysics with this method, and focuses on the application of.3. photonic crystal fiber for sensing the design of a single core photonic crystal fiber based on tellurite glass, using a full vector finite element method was used to study its characteristics. The results show that the separation of the beam splitter can be achieved 1.3 m and 1.55 m wavelengths of light, which were spread in the X and Y polarization direction. When the fiber length is 15mm, crosstalk between 1.3 m and 1.55 m respectively as low as -45.1d B and -40.2d B, -20d is less than the bandwidth of B were 44.2nm and 67.1nm.4. made M-Z a new sensor fault core structure, the photonic crystal fiber and single mode fiber fault core welding, to produce a sensing unit, the temperature and refractive index sensing variables. When the refractive index change is 0.05 when the trough from 1578.1nm to 1583.2nm on the right shift, the sensitivity of refractive index is 102nm/RIU; the photonic crystal fiber has considerable stability to temperature, when the temperature from 75 degrees to 25 degrees, the wavelength from 1578nm to 1578.4nm for the right drift, temperature sensitivity and refractive index of the -3-8 '10 nm/ C.5. made in fourth the rate of sensors, in order to improve the temperature of the relative sensitivity of photonic crystal fiber were filled in, which are filled with high calorescence coefficient material - ethanol, can greatly enhance the sensitivity to temperature When the temperature drops from 75 to 25 degrees, the trough moves from 1525.7nm to 1576.1nm, and the sensitivity is about -1.008nm/ -1.008nm/. When the change of refractive index is 0.05, the wave valley moves to 1555.4nm to the right, and the sensitivity of refractive index is about 80.3nm/RIU..

【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN253

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本文编号:1457093


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