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光子晶体光纤布拉格光栅谱特性及其传感特性的研究

发布时间:2018-04-17 22:25

  本文选题:光子晶体光纤 + 布拉格光栅 ; 参考:《南京邮电大学》2015年硕士论文


【摘要】:光子晶体光纤光栅是由FG(传统的光纤光栅)与PCF(光子晶体光纤)这两种技术相互结合而生产出来的,该光子无源器件是一种新型的无源器件,其已成为光纤光栅研究方面的热点。光子晶体光纤光栅与传统光纤相比较起来,在多参量传感方面有着许多优点,比如温度、应变、折射率等外界物理量发生改变时,其会引起光纤有效折射率或者光栅周期随之发生改变,进而导致光栅谐振波长也随之发生偏移,因此其普遍被应用于传感领域。本文主要对包层排列相互对称、正十边形锗掺杂的光子晶体中的PCFBG进行仿真和分析,从不同方面来详细分析其传输谱特性与传感特性。论文第一章对光子晶体光纤在世界上的发展进程、目前研究进展与未来的发展前景进行详细介绍,并阐述了光纤光栅基本特性以及其在传感领域的应用。第二章介绍了光子晶体光纤光栅四种常用的计算与分析方法,即耦合模理论、传输矩阵法、傅里叶变换法和有限元法,同时介绍了目前五种常用的切趾技术。本论文实验仿真主要是依据传输矩阵法。第三章依据仿真实验分析了当占空比、包层层数、调制深度、光栅长度及相移等参数发生改变时,正十边形光子晶体光纤Bragg光栅的反射谱、透射谱所受到的影响。仿真结果说明:增加光栅包层数可以有效地减少光子晶体谱能量向包层泄漏,对光纤Bragg光栅的反射谱、透射谱的谐振波长及耦合强度影响较小。除了空气孔层数外,其余光栅参数的变化都会对反射谱、透射谱的谐振波长和耦合强度造成一定程度的影响。第四章基于外界物理量对光纤Bragg光栅所产生影响的理论基础上,对正十边形光子晶体光纤Bragg光栅的温度、应变传感参量进行仿真。从仿真数据可得知:当温度增高时,该光纤Bragg光栅的谐振波长向长波长方向偏移,并且偏移幅度较大。但是该光栅对应变的变化不敏感,其谐振波长与谐振峰值变化幅度很小。此外,通过对光纤Bragg光栅的温度和应变灵敏度进行了研究分析,发现光栅结构的改变对其灵敏度所造成的影响很微小。第五章是对本文所研究的正十边形光子晶体布拉格光栅的基本特性进行总结,同时对光子晶体光栅未来的发展趋势进行展望。
[Abstract]:The photonic crystal fiber grating is produced by the combination of FG (traditional fiber grating) and PCF (photonic crystal fiber). The photonic passive device is a new type of passive device.It has become a hot spot in fiber Bragg grating (FBG) research.Compared with conventional optical fiber, photonic crystal fiber grating has many advantages in multi-parameter sensing, such as temperature, strain, refractive index and other external physical changes.It can cause the effective refractive index of fiber or the period of grating to change, which leads to the offset of grating resonant wavelength, so it is widely used in the field of sensing.In this paper, the PCFBG in photonic crystals with symmetrical cladding arrangement and n-decagonal germanium doping is simulated and analyzed, and the transmission spectrum and sensing characteristics are analyzed in detail from different aspects.In the first chapter, the progress of photonic crystal fiber (PCF) in the world is introduced in detail, and the basic characteristics of FBG and its application in sensing field are described in detail.In the second chapter, four common calculation and analysis methods of photonic crystal fiber grating, namely coupling mode theory, transfer matrix method, Fourier transform method and finite element method, are introduced. At the same time, five commonly used apodization techniques are also introduced.The simulation of this paper is mainly based on the transfer matrix method.In the third chapter, the effects of duty cycle, cladding number, modulation depth, grating length and phase shift on the reflection spectrum and transmission spectrum of the photonic crystal fiber Bragg grating are analyzed based on the simulation experiments.The simulation results show that increasing the number of grating cladding can effectively reduce the energy leakage from photonic crystal spectrum to the cladding, and has little effect on the reflection spectrum, the resonant wavelength and the coupling strength of the transmission spectrum of the fiber Bragg grating.In addition to the number of air hole layers, the variation of the grating parameters will affect the reflection spectrum, the resonant wavelength of the transmission spectrum and the coupling strength to a certain extent.In chapter 4, the temperature and strain sensing parameters of normal decagonal photonic crystal fiber Bragg gratings are simulated on the basis of the influence of external physical quantities on fiber Bragg gratings.From the simulation data, we can know that the resonant wavelength of the fiber Bragg grating shifts to the long wavelength when the temperature increases, and the deviation amplitude is large.However, the grating is insensitive to strain, and its resonant wavelength and peak value vary very little.In addition, the temperature and strain sensitivity of fiber Bragg gratings are studied and analyzed. It is found that the change of grating structure has little effect on the sensitivity of fiber Bragg gratings.The fifth chapter summarizes the basic characteristics of normal decagonal photonic crystal Bragg gratings studied in this paper, and forecasts the future development trend of photonic crystal gratings.
【学位授予单位】:南京邮电大学
【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:1765578

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